CN101638745A - 一种AlMgSi合金板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种AlMgSi合金板材及其制备方法，板材成分按质量百分比计为：Mg 0.4～0.8％，Si 1～1.5％，Cu 0.7～0.8％，Mn 0.3～0.4％，Fe 0.4～0.6％，Zr 0.1～0.2％，其余为Al。制备板材工艺步骤为：熔炼，制成坯料，热轧、冷轧，然后进行退火、固溶和时效热处理。本发明配制合金的元素种类少，并多数为常规金属元素，因此合金的成本低；合金熔炼工艺简单，轧制工艺和热处理工艺的合理，使得合金的极限抗拉强度达到390MPa以上。轧制后期采用了冷轧的方式，可减去热轧工艺的加热环节，降低了能耗。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及AlMgSi合金板材及其制备方法。
背景技术
近年来，随着人们环保意识的不断提高，对汽车提出了节能、环保的新要求。在满足这一要求的诸多方法中，减轻汽车重量一直是比较受关注的途径。而增加铝合金在汽车行业的应用恰恰可以促进这一问题的解决。因此，铝合金作为汽车用轻质材料备受人们的青睐，有着广阔的发展前景。
可热处理强化的AlMgSi系合金比较适合用于汽车车身板材。在欧洲和北美，有不少的汽车制造商开始使用6×××系合金。例如：在Ford Crow Victoria，Crand Marques和Taurus/Sable等车型上就得到了很好的应用。但现使用的AlMgSi系合金的强度不高，或者是为了达到高的强度而加入了一些贵重的合金元素(如：Ag)。
发明内容
针对上述AlMgSi系合金存在的不足之处，本发明提供一种AlMgSi合金板材及其制备方法，达到提高AlMgSi合金强度、降低AlMgSi合金成本的目的。
本发明在传统AlMgSi合金的基础上，加入了合金元素Fe，以保证板材时效强化热处理后的强度指标，在后期使用过程中不出现明显的降低。所采用的熔炼工艺也简单易操作，同时提出该成分合金合理的轧制工艺和轧制后的热处理工艺，使制备的AlMgSi合金板材的强度得到提高。
本发明的AlMgSi合金成分按质量百分比计为：Mg 0.4～0.8％，Si 1～1.5％，Cu 0.7～0.8％，Mn 0.3～0.4％，Fe 0.4～0.6％，Zr 0.1～0.2％，其余为Al。
制备AlMgSi合金板材的工艺中，按照上述本发明的AlMgSi合金成分比例配料。所采用的原料为：
金属铝，金属镁；
中间合金Al-20Si(其含义为：按质量百分比计，Al含量为80％，Si含量为20％，下同)、Al-10Mn、Al-50Cu、Al-20Fe和Al-4Zr。
本发明的AlMgSi合金中铝元素来自金属铝和各中间合金，镁元素来自金属镁，Si、Cu、Mn、Fe和Zr分别来自中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr。
该种AlMgSi合金板材的具体制备过程按下列步骤进行：
1、将金属铝、中间合金以及熔炼中所用的工具(钟罩、扒渣勺和搅拌勺)在200～250℃下预热1～2小时。
2、将金属铝放入井式电阻炉坩埚中，设定温度为750～760℃。选用常规的井式电阻炉即可。
3、待金属铝完全熔化后把中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr加入到上述井式电阻炉坩埚中。各中间合金的加入量按照本发明的AlMgSi合金成分比例要求确定。
4、保温25～35分钟后，将合金液温度自然降到730～740℃。
5、用搅拌勺上下搅动，使熔体均匀。然后扒杂，加入事先干燥好的覆盖剂(该覆盖剂按质量百分比计为：50％NaCl与50％KCl的混合物)，加入量按质量百分比计为合金液的2～4％。将金属镁用钟罩压入井式电阻炉坩埚底部，静置3～5分钟，再保温30～40分钟。
6、向熔融合金中通入占合金液质量的1～2％的六氯乙烷进行除气除杂，然后自然降温，待温度降至680～700℃时，将合金液浇注到预热为190～220℃的石墨坩埚中，将石墨坩埚放在磁场发生装置中，施加1～4T的磁场，至合金液冷却凝固，制成坯料。
7、将坯料切割成轧制坯料后，进行热轧、冷轧，得到厚度为1.5～2.5mm的板材，具体工艺步骤如下。
(1)切割
将制得的坯料放到电阻炉中，加热至在510～530℃，保温10～15小时，自然冷却至常温，然后切割成11.5～18.5mm厚的轧制坯料。
(2)热轧
将轧制坯料在电阻炉中加热至420～440℃，保温1～2小时，进行热轧，热轧共三个道次，第一个道次的压下量为6～8mm，第二个道次的压下量为1～3mm，第三个道次的压下量为0.5～1.5mm，热轧完的厚度为4～6mm。
每个道次轧完后对坯料进行一次再结晶退火处理，即将坯料在420～440℃温度下保温14～16分钟，以便消除变形抗力。
(3)冷轧
将热轧后的坯料自然冷却至室温，进行冷轧，冷轧共三个道次，第一个道次的压下量为0.5～1.5mm，第二个道次的压下量为0.5～1.5mm，第三个道次的压下量为0.5～1.5mm，冷轧完成后得到的板材厚度为1.5～2.5mm。
8、对轧制所得的板材进行退火、固溶和时效热处理，具体热处理工艺如下：
(1)退火处理
将板材放入温度为410～430℃的热处理炉内，保温1.5～2.5小时，然后在炉中随炉自然冷却至室温。
(2)固溶处理
将板材放入温度为530～550℃的热处理炉内，保温25～35分钟，然后将板材放入室温的水中淬火，冷却至室温。
(3)时效处理
将固溶处理后的板材放入温度为170～190℃的热处理炉内，保温4～6小时，然后从炉中取出，在空气中自然冷却至室温。
本发明选用的井式电阻炉、磁场发生装置、电阻炉及热处理炉均为常规设备。
本发明与现有技术相比较，其明显的优点是：
(1)配制合金的元素种类少，并多数为常规金属元素，因此合金的成本低；
(2)合金熔炼工艺简单，只要严格按照本合金制备工艺参数操作，就可以达到所要求的合金性能，无需任何特殊设备；
(3)本发明由于所设计的合金组成元素种类及组成含量的合理，轧制工艺和热处理工艺的合理，使得合金的极限抗拉强度达到390MPa以上。
(4)轧制后期采用了冷轧的方式，可减去热轧工艺的加热环节，降低了能耗。
附图说明
图1为实施例1轧制后的板材实体外貌图；
图2为实施例1板材热处理后金相组织图；
图3为实施例1板材热处理后强化相的分布图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明的方法。
实施例1
AlMgSi合金成分按质量百分比计为：Mg 0.6％，Si 1.2％，Cu 0.75％，Mn 0.35％，Fe 0.5％，Zr 0.15％，其余为Al。
制备AlMgSi合金板材的工艺中，按照上述的成分比例配料。所采用的原料为：
金属铝，金属镁；
中间合金Al-20Si(其含义为：按质量百分比计，Al含量为80％，Si含量为20％，下同)、Al-10Mn、Al-50Cu、Al-20Fe和Al-4Zr。
本发明的AlMgSi合金中铝元素来自金属铝和各中间合金，镁元素来自金属镁，Si、Cu、Mn、Fe和Zr分别来自中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr。
该种AlMgSi合金板材的具体制备过程按下列步骤进行：
1、将金属铝、中间合金以及熔炼中所用的工具(钟罩、扒渣勺和搅拌勺)在220℃下预热1.5小时。
2、将金属铝放入30KW井式电阻炉坩埚中，设定温度为755℃。
3、待金属铝完全熔化后把中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr加入到上述井式电阻炉坩埚中。
4、保温30分钟后，将合金液温度自然降到735℃。
5、用搅拌勺上下搅动，使熔体均匀。然后扒杂，加入事先干燥好的覆盖剂(该覆盖剂按质量百分比计为：50％NaCl与50％KCl的混合物)，加入量按质量百分比计为合金液的3％。将金属镁用钟罩压入井式电阻炉坩埚底部，静置4分钟，再保温35分钟。
6、向熔融合金中通入合金液质量的1.5％的六氯乙烷除气除杂，然后自然降温，待温度降至690℃时，将合金液浇注到预热为200℃的石墨坩埚中，将石墨坩埚放在磁场发生装置中，施加2T的磁场，至合金液冷却凝固，制成坯料；采用常用的磁场发生装置即可。
7、将坯料切割成轧制坯料后，进行热轧、冷轧，得到厚度为2mm的板材，具体工艺步骤如下。
(1)切割
将制得的坯料放到电阻炉中，加热至在520℃，保温12小时，自然冷却至常温，然后切割成15mm厚的轧制坯料。
(2)热轧
将轧制坯料在电阻炉中加热至430℃，保温1.5小时，进行热轧，热轧共三个道次，第一个道次的压下量为7mm，第二个道次的压下量为2mm，第三个道次的压下量为1mm，热轧完的厚度为5mm。
每个道次轧完后对坯料进行一次再结晶退火处理，即将坯料在430℃温度下保温15分钟，以便消除变形抗力。
(3)冷轧
将热轧后的坯料自然冷却至室温，进行冷轧，冷轧共三个道次，第一个道次的压下量为1mm，第二个道次的压下量为1mm，第三个道次的压下量为1mm，冷轧完成后得到的板材厚度为2mm。
8、对轧制所得的板材进行退火、固溶和时效热处理，具体热处理工艺如下：
(1)退火处理
将板材放入温度为420℃的热处理炉内，保温2小时，然后在炉中随炉自然冷却至室温。
(2)固溶处理
将板材放入温度为540℃的热处理炉内，保温30分钟，然后将板材放入室温的水中淬火，冷却至室温。
(3)时效处理
将固溶处理后的板材放入温度为180℃的热处理炉内，保温5小时，然后从炉中取出，在空气中自然冷却至室温。
所得到的板材性能如表1所示。外貌、金相组织如图1、图2和图3所示。
表1实施例1板材热处理后的性能
实施例2
AlMgSi合金成分按质量百分比计为：Mg 0.8％，Si1.5％，Cu 0.8％，Mn 0.4％，Fe0.6％，Zr 0.2％，其余为Al。
制备AlMgSi合金板材的工艺中，按照上述的成分比例配料。所采用的原料为：
金属铝，金属镁；
中间合金Al-20Si(其含义为：按质量百分比计，Al含量为80％，Si含量为20％，下同)、Al-10Mn、Al-50Cu、Al-20Fe和Al-4Zr。
本发明的AlMgSi合金中铝元素来自金属铝和各中间合金，镁元素来自金属镁，Si、Cu、Mn、Fe和Zr分别来自中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr。
该种AlMgSi合金板材的具体制备过程按下列步骤进行：
1、将金属铝、中间合金以及熔炼中所用的工具(钟罩、扒渣勺和搅拌勺)在250℃下预热1小时。
2、将金属铝放入30KW井式电阻炉坩埚中，设定温度为760℃。
3、待金属铝完全熔化后把中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr加入到上述井式电阻炉坩埚中。
4、保温35分钟后，将合金液温度自然降到740℃。
5、用搅拌勺上下搅动，使熔体均匀。然后扒杂，加入事先干燥好的覆盖剂(该覆盖剂按质量百分比计为：50％NaCl与50％KCl的混合物)，加入量按质量百分比计为合金液的4％。将金属镁用钟罩压入井式电阻炉坩埚底部，静置5分钟，再保温30分钟。
6、向熔融合金中通入合金液质量的2％的六氯乙烷除气除杂，然后自然降温，待温度降至700℃时，将合金液浇注到预热为220℃的石墨坩埚中，将石墨坩埚放在磁场发生装置中，施加4T的磁场，至合金液冷却凝固，制成坯料。
7、将坯料切割成轧制坯料后，进行热轧、冷轧，得到厚度为1.5mm的板材，具体工艺步骤如下。
(1)切割
将制得的坯料放到电阻炉中，加热至在530℃，保温10小时，自然冷却至常温，然后切割成18.5mm厚的轧制坯料。
(2)热轧
将轧制坯料在电阻炉中加热至440℃，保温1小时，进行热轧，热轧共三个道次，第一个道次的压下量为8mm，第二个道次的压下量为3mm，第三个道次的压下量为1.5mm，热轧完的厚度为6mm。
每个道次轧完后对坯料进行一次再结晶退火处理，即将坯料在440℃温度下保温14分钟，以便消除变形抗力。
(3)冷轧
将热轧后的坯料自然冷却至室温，进行冷轧，冷轧共三个道次，第一个道次的压下量为1.5mm，第二个道次的压下量为1.5mm，第三个道次的压下量为1.5mm，冷轧完成后得到的板材厚度为1.5mm。
8、对轧制所得的板材进行退火、固溶和时效热处理，具体热处理工艺如下：
(1)退火处理
将板材放入温度为430℃的热处理炉内，保温1.5小时，然后在炉中随炉自然冷却至室温。
(2)固溶处理
将板材放入温度为550℃的热处理炉内，保温25分钟，然后将板材放入室温的水中淬火，冷却至室温。
(3)时效处理
将固溶处理后的板材放入温度为190℃的热处理炉内，保温4小时，然后从炉中取出，在空气中自然冷却至室温。
所得到的板材性能如表2所示。
表2实施例2板材热处理后的性能
实施例3
AlMgSi合金成分按质量百分比计为：Mg 0.4％，Si 1％，Cu 0.7％，Mn 0.3％，Fe 0.4％，Zr 0.1％，其余为Al。
制备AlMgSi合金板材的工艺中，按照上述的成分比例配料。所采用的原料为：
金属铝，金属镁；
中间合金Al-20Si(其含义为：按质量百分比计，Al含量为80％，Si含量为20％，下同)、Al-10Mn、Al-50Cu、Al-20Fe和Al-4Zr。
本发明的AlMgSi合金中铝元素来自金属铝和各中间合金，镁元素来自金属镁，Si、Cu、Mn、Fe和Zr分别来自中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr。
该种AlMgSi合金板材的具体制备过程按下列步骤进行：
1、将金属铝、中间合金以及熔炼中所用的工具(钟罩、扒渣勺和搅拌勺)在200℃下预热2小时。
2、将金属铝放入30KW井式电阻炉坩埚中，设定温度为750℃。
3、待金属铝完全熔化后把中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr加入到上述井式电阻炉坩埚中。
4、保温25分钟后，将合金液温度自然降到730℃。
5、用搅拌勺上下搅动，使熔体均匀。然后扒杂，加入事先干燥好的覆盖剂(该覆盖剂按质量百分比计为：50％NaCl与50％KCl的混合物)，加入量按质量百分比计为合金液的2％。将金属镁用钟罩压入井式电阻炉坩埚底部，静置3分钟，再保温40分钟。
6、向熔融合金中通入合金液质量的1％的六氯乙烷除气除杂，然后自然降温，待温度降至680℃时，将合金液浇注到预热为190℃的石墨坩埚中，将石墨坩埚放在磁场发生装置中，施加1T的磁场，至合金液冷却凝固，制成坯料。
7、将坯料切割成轧制坯料后，进行热轧、冷轧，得到厚度为2.5mm的板材，具体工艺步骤如下。
(1)切割
将制得的坯料放到电阻炉中，加热至在510℃，保温15小时，自然冷却至常温，然后切割成11.5mm厚的轧制坯料。
(2)热轧
将轧制坯料在电阻炉中加热至420℃，保温2小时，进行热轧，热轧共三个道次，第一个道次的压下量为6mm，第二个道次的压下量为1mm，第三个道次的压下量为0.5mm，热轧完的厚度为4mm。
每个道次轧完后对坯料进行一次再结晶退火处理，即将坯料在420℃温度下保温16分钟，以便消除变形抗力。
(3)冷轧
将热轧后的坯料自然冷却至室温，进行冷轧，冷轧共三个道次，第一个道次的压下量为0.5mm，第二个道次的压下量为0.5mm，第三个道次的压下量为0.5mm，冷轧完成后得到的板材厚度为2.5mm。
8、对轧制所得的板材进行退火、固溶和时效热处理，具体热处理工艺如下：
(1)退火处理
将板材放入温度为410℃的热处理炉内，保温2.5小时，然后在炉中随炉自然冷却至室温。
(2)固溶处理
将板材放入温度为530℃的热处理炉内，保温35分钟，然后将板材放入室温的水中淬火，冷却至室温。
(3)时效处理
将固溶处理后的板材放入温度为170℃的热处理炉内，保温6小时，然后从炉中取出，在空气中自然冷却至室温。
所得到的板材性能如表3所示。
表3实施例3板材热处理后的性能
Claims (6)
1、一种AlMgSi合金板材，其成分按质量百分比计为：Mg 0.4～0.8％，Si 1～1.5％，Cu 0.7～0.8％，Mn 0.3～0.4％，Fe 0.4～0.6％，Zr 0.1～0.2％，其余为Al。
2、权利要求1所述的AlMgSi合金板材的制备方法，其特征在于按照权利要求1所述的的成分比例配料，工艺步骤如下：
(1)将金属铝、中间合金以及熔炼中所用的工具在200～250℃下预热1～2小时；
(2)将金属铝放入井式电阻炉坩埚中，设定温度为750～760℃；
(3)待金属铝完全熔化后把中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-10Mn、Al-20Fe和Al-4Zr加入到上述井式电阻炉坩埚中，各中间合金的加入量按照权利要求1所述的成分比例确定；
(4)保温25～35分钟后，将合金液温度降到730～740℃；
(5)用搅拌勺上下搅动，使熔体均匀，然后扒杂，加入事先干燥好的覆盖剂，加入量按质量百分比计为合金液的2～4％，将金属镁用钟罩压入井式电阻炉坩埚底部，静置3～5分钟，再保温30～40分钟；
(6)向熔融合金中通入占合金液质量的1～2％的六氯乙烷除气除杂，然后自然降温，待温度降至680～700℃时，将合金液浇注到预热为190～220℃的石墨坩埚中，将石墨坩埚放在磁场发生装置中，施加1～4T的磁场，至合金液冷却凝固，制成坯料；
(7)将坯料切割成轧制坯料后，进行热轧、冷轧，得到厚度为2.5mm的板材；
(8)对轧制所得的板材进行退火、固溶和时效热处理。
3、按照权利要求2所述的AlMgSi合金板材的制备方法，其特征在于步骤(5)中的覆盖剂按质量百分比计为：50％NaCl与50％KCl的混合物。
4、按照权利要求2所述的AlMgSi合金板材的制备方法，其特征在于步骤(7)中所述的将坯料切割成轧制坯料后，进行热轧、冷轧，得到厚度为2.5mm的板材，其工艺步骤为：
①切割
将制得的坯料放到电阻炉中，加热至在510～530℃，保温10～15小时，自然冷却至常温，然后切割成11.5～18.5mm厚的轧制坯料；
②热轧
将轧制坯料在电阻炉中加热至420～440℃，保温1～2小时，进行热轧，热轧共三个道次，第一个道次的压下量为6～8mm，第二个道次的压下量为1～3mm，第三个道次的压下量为0.5～1.5mm，热轧完的厚度为4～6mm；
③冷轧
将热轧后的坯料自然冷却至室温，进行冷轧，冷轧共三个道次，第一个道次的压下量为0.5～1.5mm，第二个道次的压下量为0.5～1.5mm，第三个道次的压下量为0.5～1.5mm，冷轧完成后得到的板材厚度为1.5～2.5mm。
5、按照权利要求4所述的AlMgSi合金板材的制备方法，其特征在于步骤②中，每个道次轧完后对坯料进行一次再结晶退火处理，即将坯料在420～440℃温度下保温14～16分钟。
6、按照权利要求2所述的AlMgSi合金板材的制备方法，其特征在于步骤(8)中对轧制所得的板材进行退火、固溶和时效热处理的工艺步骤为：
①退火处理
将板材放入温度为410～430℃的热处理炉内，保温1.5～2.5小时，然后在炉中随炉自然冷却至室温；
②固溶处理
将板材放入温度为530～550℃的热处理炉内，保温25～35分钟，然后将板材放入室温的水中淬火，冷却至室温；
③时效处理
将固溶处理后的板材放入温度为170～190℃的热处理炉内，保温4～6小时，然后从炉中取出，在空气中自然冷却至室温。
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