CN103981404A - 一种耐蚀、易加工铝合金板材、制造方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种耐蚀、易加工铝合金板材，按照质量百分比包括以下合金元素：Mg：4.3％～6.6wt％，Si 0.6～0.3wt％，Cu 0.60～0.7wt％，Zn≤0.2wt％，Fe≤0.3wt％，Mn 0.2～0.8wt％，Cr 0.01～0.3wt％，Ti：0.01～0.3wt％，Ni≤0.10％，余量为Al；所述合金成分中的Mg和Si质量分数比为1，且Mn、Cr和Ti三种合金元素的质量分数总含量≥0.3％。本发明耐蚀、易加工铝合金板材可以应用于要求抗蚀性与成形性均高的场合，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具，同时在汽车车身钣金件也有很好的应用，特别是在建筑加工件，建筑工具，各种灯具零部件应用。
Description
技术领域
本发明涉及新材料加工制造技术领域，尤其涉及一种耐蚀、易加工铝合金板材、制造方法及其应用。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，现代工业领域的制造材料的构成发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，低密度材料有较大幅度的增加。从90年代开始，汽车材料向轻量化、环保型方向发展的趋势日益明显，其中铝合金是应用日趋广泛的材料之一。自上世纪90年代中期以来，随着经济的飞速发展，由于世界能源、资源危机与环境污染等问题日趋严重，在迫切要求节能、减污和节省地球有限资源的今天，镁合金材料的开发和应用越来越受到世界各国的重视；镁合金以其密度最小、比强度和比刚度高、资源丰富、电磁屏蔽性好、抗辐射、热中子俘获截面下、热成形性好、以及易于机械加工及良好的机械性能和阻尼减振降噪能力等独特的性能引起了人们普遍关注，全球掀起了镁合金开发应用的热潮；然而由于镁合金自身存在耐腐蚀性能差、在室温和低温条件下塑性较差、室温变形较难等缺点，严重制约了其应用，解决镁合金耐蚀性能及加工性能成为当今研究之急需。
较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5％之间，又可以称为铝镁合金。镁是最轻的结构金属，由于镁的密度小，它的合金也以质轻著称。镁铝合金是用镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成，其主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高。在相同的面积下铝镁合金的重量低于其他系列，在常规工业中应用也较为广泛。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对高性能的镁铝合金板材的需求日益增多。高镁铝合金广泛应用于交通运输、造船、航天航空等领域。
铝合金熔点低、机械性能好，因而在工业中得到了广泛的应用。用该合金体系制造的铸件主要用在五个方面：一是构件类，如用于造纸机械、纺织机械、制砖机械、筑路机械、冶金机械、起重机械、印刷机械、塑料机械及矿山机械等的配件；二是轴瓦、轴承、滑板及滑块等；三是汽车、拖拉机、船舶配件；四是模具类，如铸塑模、吹塑模、压型模、冲载模；五是装饰工艺品。
镁铝合金是热不可强化的合金，具有中等强度，加工性能与腐蚀性能良好，在工业区和海洋暴露中均有较高的耐蚀性，广泛用于制作航空、航天构件(蒙皮、框架或翼梁等)，也是制作船板、船外壳的首选材料。镁铝合金的力学性能随着Mg含量的增加而增大，但其耐蚀性恶化，塑性下降，制备过程中易出现裂纹。现有的Mg含量≥8％的高镁铝合金板材的制备方法是熔铸、加热、热轧、中温轧制、成品退火，精整验收，制备的高镁铝合金板材中晶粒的直径为2100μm～2300μm，晶粒粗大，材料的抗拉强度为310MPa～360MPa，力学性能波动大，由于裂纹造成的废品较多，成品率仅为20％。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工作性能优良的具有良好耐蚀、易加工铝合金板材。
一种具有良好耐蚀、易加工铝合金板材，其化学成份以重量百分比计为：按照质量百分比包括以下合金元素：Mg：4.3％～6.6 wt％，Si 0.6～0.3wt％，Cu 0.60～0.7wt％，Zn≤0.2wt％，Fe≤0.3wt％，Mn 0.2～0.8wt％，Cr 0.01～0.3wt％，Ti：0.01～0.3wt％，Ni≤0.10％，余量为Al；所述合金成分中的Mg和Si质量分数比为1，且Mn、Cr和Ti三种合金元素的质量分数总含量≥0.3％。
一种具有良好耐蚀、易加工铝合金板材的制造方法，包括以下步骤：
①合金熔炼，采用石墨粘土坩埚在电阻炉中熔炼，分别称取纯镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、铝镍中间合金、铝锌中间合金和重熔用铝锭并加入到干燥的熔炼炉中进行均火处理，均火处理完后进行加热，在温度为700℃～750℃的条件下熔炼3h～5h，并添加少量覆盖剂，得到铝合金熔液，并充分搅拌；然后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
②铸造成型，采用半连续方式铸造成型；
③将步骤②得到的铝合金铸锭铣去表面的铸造氧化皮后，将铝合金铸锭上下两面用厚度为2.6mm～3.0mm的纯铝板覆盖起来，放入到加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为400℃～430℃，经过5～7道次热轧至坯料的厚度为190mm～210mm，然后将坯料的两个侧边进行热轧辊边，再经过3～5道次热轧至坯料的厚度为130mm～140mm，控制热轧终了时坯料的温度不低于320℃；
④预形核处理，将上述成分的合金铸锭在循环风炉中进行低温预先形核处理，处理温度为100℃～500℃，时间为1h～24h；
⑤均匀化处理，预形核处理后接着进行常规均匀化处理，温度550℃，时间24h；
⑥热轧，均匀化处理后将铸锭切头铣面，重新加热至430℃～450℃，热变形总量＞85％，终轧温度≥300℃，热轧终轧厚度为4mm～7mm；
⑦中间退火，热轧后的板材投入到退火炉中进行中间退火，出炉后强制冷却，要求冷却速度达到2℃/min；经400℃～440℃中间退火处理0.5h～2h；
⑧冷轧，中间退火后的板材进行冷轧至0.7mm～1.2mm，冷变形量＞75％；
⑨固溶水淬处理，冷轧后板材经540℃～550℃，固溶水淬5min～10min；
⑩室温停放，水淬处理后在室温下停放1min～48h；将经过室温停放后的板材置于烘干箱中预时效处理4min～8h，温度80℃～240℃；再次室温停放，在室温下停放2周以上。
本发明耐蚀、易加工铝合金板材可以应用于要求抗蚀性与成形性均高的场合，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具，同时在汽车车身钣金件也有很好的应用，特别是在建筑加工件，建筑工具，各种灯具零部件应用。
具体实施方式
实施例1
配料：依据以下要求进行耐腐蚀铜锌铝合金材料的组分配比
Mg：4.3％wt％，Si 0.6wt％，Cu 0.60wt％，Zn≤0.2wt％，Fe≤0.3wt％，Mn 0.2wt％，Cr 0.01～0.3wt％，Ti：0.01wt％，Ni≤0.10％，余量为Al；
①合金熔炼，采用石墨粘土坩埚在电阻炉中熔炼，分别称取纯镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、铝镍中间合金、铝锌中间合金和重熔用铝锭并加入到干燥的熔炼炉中进行均火处理，均火处理完后进行加热，在温度为700℃～750℃的条件下熔炼3h～5h，并添加少量覆盖剂，得到铝合金熔液，并充分搅拌；然后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
②铸造成型，采用半连续方式铸造成型；
③将步骤②得到的铝合金铸锭铣去表面的铸造氧化皮后，将铝合金铸锭上下两面用厚度为2.6mm～3.0mm的纯铝板覆盖起来，放入到加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为400℃～430℃，经过5～7道次热轧至坯料的厚度为190mm～210mm，然后将坯料的两个侧边进行热轧辊边，再经过3～5道次热轧至坯料的厚度为130mm～140mm，控制热轧终了时坯料的温度不低于320℃；
④预形核处理，将上述成分的合金铸锭在循环风炉中进行低温预先形核处理，处理温度为100℃～500℃，时间为1h～24h；
⑤均匀化处理，预形核处理后接着进行常规均匀化处理，温度550℃，时间24h；
⑥热轧，均匀化处理后将铸锭切头铣面，重新加热至430℃～450℃，热变形总量＞85％，终轧温度≥300℃，热轧终轧厚度为4mm～7mm；
⑦中间退火，热轧后的板材投入到退火炉中进行中间退火，出炉后强制冷却，要求冷却速度达到2℃/min；经400℃～440℃中间退火处理0.5h～2h；
⑧冷轧，中间退火后的板材进行冷轧至0.7mm～1.2mm，冷变形量＞75％；
⑨固溶水淬处理，冷轧后板材经540℃～550℃，固溶水淬5min～10min；
⑩室温停放，水淬处理后在室温下停放1min～48h；将经过室温停放后的板材置于烘干箱中预时效处理4min～8h，温度80℃～240℃；再次室温停放，在室温下停放2周以上
本实施方式的高镁铝合金板材中镁含量高达8.3％～9.6％，合理控制铸锭成分配比，保证了铸锭的成分稳定、组织均匀；采用二次加热，二次轧制，严格控制出炉温度，在第一次热轧前用纯铝板将铸锭包裹起来，并加强辊边，克服快速加工硬化的影响，使铸块减少裂纹的产生；中间退火工序采用盐浴退火方式进行，严格控制加热时间，防止晶粒长大，为后序二重加工提供了组织保障；成品退火工序采用盐浴退火方式进行，严格控制加热时间，板材升温迅速，晶粒细小，组织均匀，无粗大晶粒，保证了板材最终力学性能稳定；盐浴退火后采用水冷方式冷却，晶粒来不及长大，为力学性能稳定提供了保证。本实施方式制备的高镁铝合金板材板面平整、薄厚均匀、表面光洁度好，无油斑、成品率为48％～55％，力学性能稳定，其强度390MPa～400MPa，其焊接性能好，防腐性能好。
本发明耐蚀、易加工铝合金板材可以应用于要求抗蚀性与成形性均高的场合，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具，同时在汽车车身钣金件也有很好的应用，特别是在建筑加工件，建筑工具，各种灯具零部件应用。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种耐蚀、易加工铝合金板材，其特征在于：按照质量百分比包括以下合金元素：Mg：4.3％～6.6 wt％，Si 0.6～0.3wt％，Cu 0.60～0.7wt％，Zn≤0.2wt％，Fe≤0.3wt％，Mn 0.2～0.8wt％，Cr 0.01～0.3wt％，Ti：0.01～0.3wt％，Ni≤0.10％，余量为Al；所述合金成分中的Mg和Si质量分数比为1，且Mn、Cr和Ti三种合金元素的质量分数总含量≥0.3％。
2.权利要求1所述的耐蚀、易加工铝合金板材制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
①合金熔炼，采用石墨粘土坩埚在电阻炉中熔炼，分别称取纯镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、铝镍中间合金、铝锌中间合金和重熔用铝锭并加入到干燥的熔炼炉中进行均火处理，均火处理完后进行加热，在温度为700℃～750℃的条件下熔炼3h～5h，并添加少量覆盖剂，得到铝合金熔液，并充分搅拌；然后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
②铸造成型，采用半连续方式铸造成型；
③将步骤②得到的铝合金铸锭铣去表面的铸造氧化皮后，将铝合金铸锭上下两面用厚度为2.6mm～3.0mm的纯铝板覆盖起来，放入到加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为400℃～430℃，经过5～7道次热轧至坯料的厚度为190mm～210mm，然后将坯料的两个侧边进行热轧辊边，再经过3～5道次热轧至坯料的厚度为130mm～140mm，控制热轧终了时坯料的温度不低于320℃；
④预形核处理，将上述成分的合金铸锭在循环风炉中进行低温预先形核处理，处理温度为100℃～500℃，时间为1h～24h；
⑤均匀化处理，预形核处理后接着进行常规均匀化处理，温度550℃，时间24h；
⑥热轧，均匀化处理后将铸锭切头铣面，重新加热至430℃～450℃，热变形总量＞85％，终轧温度≥300℃，热轧终轧厚度为4mm～7mm；
⑦中间退火，热轧后的板材投入到退火炉中进行中间退火，出炉后强制冷却，要求冷却速度达到2℃/min；经400℃～440℃中间退火处理0.5h～2h；
⑧冷轧，中间退火后的板材进行冷轧至0.7mm～1.2mm，冷变形量＞75％；
⑨固溶水淬处理，冷轧后板材经540℃～550℃，固溶水淬5min～10min；
⑩室温停放，水淬处理后在室温下停放1min～48h；将经过室温停放后的板材置于烘干箱中预时效处理4min～8h，温度80℃～240℃；再次室温停放，在室温下停放2周以上。
3.根据权利要求2所述的一种耐蚀、易加工铝合金板材制造方法，其特征在于：所述半连续方式铸造为将步骤①的铝合金熔液在铸造温度为680℃～720℃、铸造速度为70mm/min～75mm/min、冷却水强度为0.05MPa～0.2MPa、冷却水温度为10℃～20℃的条件下按半连续铸造法制成厚度为255mm～300mm的铝合金铸锭。
4.根据权利要求2所述的一种耐蚀、易加工铝合金板材制造方法，其特征在于：均火处理的定温为520℃，升温速度为5℃/min，保温温度为500-520℃，保温时间为24h；加热时的定温为490℃，保温温度为470-490℃，保温时间为12h，出炉温度为470-490℃。
5.根据权利要求1所述的一种耐蚀、易加工铝合金板材在工业装置、薄板加工件、焊接零部件、热交换器、汽车车身钣金件和建筑装饰加工件的应用。
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