CN104981554A - 铝镁合金板产品的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝镁合金装甲板产品的成型方法，所述方法包括如下步骤：(i)提供具有至少10mm的规格以及具有以wt％计的如下化学组成的板产品：Mg 2.5％-6％，Mn 0-1.2％，Sc 0-1％，Ag 0-0.5％，Zn 0-2％，Cu 0-2％，Li 0-3％，任选选自于由如下元素所组成的组中的至少一种或多种元素：Zr 0.03％-0.4％、Cr 0.03％-0.4％以及Ti 0.005％-0.3％，Fe 0-0.4％，Si 0-0.25％，不可避免的杂质和余量的铝；以及(ii)在200℃-400℃的温度下对所述合金板进行成形，从而获得预定的二维或三维成型结构。

Description

铝镁合金板产品的成型方法
技术领域
本发明涉及铝镁装甲板产品的成形或成型方法。通过本方法获得的铝镁板产品对用于装甲车辆应用等而言是理想的。
背景技术
在下文中将会明了的是，除非另有说明，铝合金牌号和状态代号(temper designations)是指在2012年由美国铝业协会(AluminumAssociation)出版的Aluminum Standards and Data and the RegistrationRecords中的Aluminum Association designations，其对于本领域技术人员而言是公知的。
除非另有说明，对于合金组成或优选合金组成的任何描述，所指的百分数均为重量百分数。
由于其轻的重量，已发现铝合金在包括军用车辆(如人员输送车)的军事应用中广泛使用。铝的轻重量使得能够实现改善的性能和设备运输(包括军用车辆的空运)的简易性。在一些车辆中，通过提供装甲板来保护车辆的乘客以提供对攻击的防护或保护是可取的。铝享有作为装甲板的实质用途，并且针对不同铝合金的用途存在多种装甲板规范。
专利文献WO-2008/098743-A1(Aleris)公开了具有4％-6％Mg且具有10mm以上规格的铝镁合金装甲板，其中，合金板通过如下制造工艺获得，所述制造工艺包括浇铸、预热和/或均化、热轧、第一冷加工操作、在低于350℃的温度下的退火处理、随后的第二冷加工操作。最终产品为平面板产品。优选在第二冷加工操作后，不使该板接受任何进一步的热处理，从而在合金板中不会出现实质的回复。第一冷加工操作选自于由如下操作所组成的组：(i)2％-15％的拉伸；以及(ii)具有4％至低于45％、优选更窄范围的冷轧压下率的冷轧。并且，第二冷加工操作选自于由如下操作所组成的组：(i)约2％-15％的拉伸；以及(ii)具有约4％至低于25％的冷轧压下率的冷轧。拉伸定义为在拉伸方向、通常在板产品的L方向上的永久伸长。
专利文献WO-2007/115617-A1(Aleris)公开了具有4.95％-6.0％Mg且具有10mm以上规格的铝镁合金装甲板，其中，通过根据1998年9月的MIL-DTL-46027J的30AMP2测试进行的测量，与AA5083-H131对应物相比，所述板在V50极限方面具有至少5％的改进。在热轧操作后，通过选自于由如下操作所组成的组中的冷加工操作对合金产品进行冷加工：(i)3％-18％的拉伸；以及(ii)具有15％至低于40％、优选更窄范围的总冷轧压下率的冷轧。
发明内容
本发明的目的在于提供将铝镁板材成型或成形为预定的三维结构的方法。
本发明通过提供对铝镁合金板产品进行成型或成形的方法，实现或超过了这一目的和其它目的以及进一步的优点，该方法包括如下步骤：
-提供具有至少10mm的规格以及具有以wt％计的如下化学组成的板产品：
任选选自于由如下元素所组成的组中的至少一种或多种元素：
Zr 0.03％-0.4％、Cr 0.03％-0.4％以及Ti 0.005％-0.3％；
任选总量为0.03％-0.3％的选自下组中的一种或多种元素：Er、
Dy、Gd和Hf；
Fe 0-0.4％；
Si 0-0.25％；
不可避免的杂质和余量的铝；以及
-在200℃-400℃的温度下通过塑性变形的方式对所述合金板进行成形，从而获得预定的二维或三维成型结构。
根据本发明，发现可将板产品热成形为二维或三维结构。发现热成形操作为非平面产品不会导致热成形或成型后的抗弹性能的任何显著丧失。由于避免或者至少减少了装甲车辆构造中的焊缝的量，这可在将成形结构用于装甲应用中实现显著优势。在此类装甲车辆中，当受到入射弹丸的弹道冲击时，焊缝可形成最弱的点。结果，当构造包含成形板的装甲车辆时，可使用较少的焊缝进行构造并同时提供对入射弹丸的显著改善的抵抗力，从而提供增高的生存力。
具体实施方式
在一个实施方式中，利用选自下组的成形或成型工艺对板产品进行成形：弯折、冲压、轧制成型、拉伸成型和蠕变成型。
作为热成形或成型工艺的锻造不在本发明的范围内，并被明确排除。铝合金产品的常规锻造在超过400℃的温度下实施。此外，仅作为将预定的形状引入板产品中的结果，锻造操作导致目的产品的厚度显著降低，其中可能出现厚度方面的一些局部降低，这是本发明所述的工艺所不期望的。本发明所述的成形板产品旨在维持与其成形前的规格几乎相同的合理的可用性，以提供所需的抗弹性能。
在具体实施方式中，通过冲压的方式对板产品进行成形。
在具体实施方式中，通过拉伸成型的方式对板产品进行成形。
对板产品进行热轧、或者进行热轧及随后的冷轧，从而在本发明所述的成形前使最终产品为实质上平面的产品。任选在成形操作前，还对轧制板进行拉伸和/或退火，而不实质上改变该轧制板的平面形状。
在本发明的实施方式中，在温度范围(即，200℃至约300℃)的下限端进行热成形时，热成形前的板产品可处于O-回火度或H-回火度。
在本发明的实施方式中，在约200℃-350℃的温度下对板产品进行成形。对于一些合金组合物，需要避免颗粒结构的重结晶，并且出于该原因，成形温度不应超过约350℃、优选不应超过约300℃。
在本发明的实施方式中，可在约200℃-400℃的温度下使对于重结晶不敏感的板产品进行成形。优选的下限为约250℃、更优选为约300℃。在一个实施方式中，上限为375℃、优选约350℃。作为示例性的实例，包含约4.5％Mg和约0.2％Sc的铝合金可在约325℃的温度下热成形。
在本发明的实施方式中，在成型操作后对二维或三维成型结构进行热处理。这非常依赖于板产品实际的合金组成。可涉及如下固溶热处理：通过将成型结构加热至合适的温度，并在该温度持续足够长的时间以允许至少如铜、锂和锌元素进入固熔体并足够快的冷却(例如通过淬火)，从而维持熔体中的成分。合适的固熔热处理实践依赖于形成合金中的元素的成分的量和产品规格。其后，可将成形或成型结构时效(自然时效或人工时效)至T4、T5、T6或T7回火度。
为获得本发明所述方法的最佳益处，特别是当在300℃至400℃的温度下成形时，铝镁板产品还优选至少包含上至约1％的钪(Sc)作为合金元素。优选Sc以约0.05％-0.4％存在。
在本发明的实施方式中，板产品的铝合金具有以wt％计的如下组成：
任选选自于由如下元素所组成的组中的至少一种或多种元素：
Zr 0.03％-0.4％、Cr 0.03％-0.4％以及Ti 0.005％-0.3％；
任选总量为0.03％-0.3％的选自下组中的一种或多种元素：Er、
Dy、Gd和Hf；
Fe 0-约0.4％；
Si 0-约0.25％；
不可避免的杂质和余量的铝。
典型地，不可避免的杂质以各自上至0.05％且总共上至0.25％存在。
铁能够以上至约0.40％、优选最大值保持在约0.25％存在。典型优选的铁水平将为上至0.12％、例如约0.03％或约0.05％。
硅能够以上至约0.25％、优选最大值保持在约0.2％存在。典型优选的Si水平将为上至0.12％、例如处于约0.04％的水平。
在一个实施方式中，锌可作为可容许的杂质以上至约0.4％存在。然而，在另一实施方式中，Zn可作为强化元素以约0.4％-2％存在。相对高的Zn量对于铝合金的耐腐蚀性也具有积极效果。更优选的Zn含量的上限为约0.7％、且更优选约0.65％。
Cu可作为强化元素以上至约2％、优选上至约1％存在于铝镁合金中。为该效果，合金包含至少约0.1％、更优选至少约0.15％的Cu。在耐腐蚀性对于工程性质非常关键的合金产品的应用中，优选维持Cu处于0.2％以下的低水平、优选处于0.1％以下的水平、更优选处于0.04％以下的水平。
为提供具有低密度、高强度和极好的自然时效响应的产品，Li能够以上至约3％存在于铝镁合金中。如果有意添加，优选的Li水平处于0.5％-3％、更优选处于约0.8％-2％。在替代的实施方式中，不有意添加Li，应保持Li处于最高0.05％的杂质水平、更优选铝合金不含锂。
铝镁合金优选具有选自于由如下元素所组成的组中的一种或多种元素：Zr 0.03％-0.4％、Cr 0.03％-0.4％以及Ti 0.005％-0.3％。在Al-Mg中，优选合金元素为Zr。Zr的优选添加范围为约0.05％-0.2％。
任选可添加选自下组中的一种或多种元素：铒、镝、钆和铪；如果添加，其总量为0.03％-0.3％。如果添加，可添加所列出的这些元素以部分替代铝镁合金中的Sc。
可将Ti添加入铝镁合金中作为强化元素、或者用于改善耐腐蚀性、或者用于晶粒细化的目的。
在具体的优选实施方式中，铝合金以wt％计由如下组成：
其它和不可避免的杂质(各自最多0.05％、总共最多0.15％)以
及余量的铝。
在另一具体的优选实施方式中，铝合金具有处于AA5024的范围内的化学组成。
在本发明的另一实施方式中，板产品的铝合金具有以wt％计的如下组成：
其它元素和不可避免的杂质各自<0.05％、总共<0.20％；
余量的铝。
此外，锌可有利于改善的合金产品的强度和/或耐腐蚀性。当合金中包含有意添加的锌时，锌通常以至少0.3％的量存在。在一个实施方式中，合金可包含至少0.35％的锌。在一个实施方式中，合金包含不大于0.9％、优选不大于约0.7％的锌。在其它的实施方式中，锌可作为不可避免的杂质以上至0.3％存在于合金中，优选合金包含不超过0.2％的锌。
在合金的一个实施方式中，铜可作为强化元素以上至约0.6％、优选上至约0.5％存在于合金中。为该效果，合金包含至少约0.1％、更优选至少约0.15％的Cu。当使用大量的Mg时，过高量的铜可超出合金的溶解度极限。当Cu以这些水平存在时，可使成形结构在成形操作后接受时效处理，从而增强包括成形合金产品的抗弹性能。在成形合金产品的应用中，当耐腐蚀性是非常关键的工程性质时，优选维持Cu处于0.2％以下的低水平、优选处于0.1％以下的水平、更优选处于0.04％以下的水平。
在另一具体的优选实施方式中，铝合金具有处于AA5059范围内的化学组成。
本发明所述的成型板或成形板理想地适于作为装甲板应用于装甲车辆(特别是军用装甲车辆)。铝合金板的规格范围或厚度范围为大于约10mm。铝合金板的合适的上限为约100mm。优选的规格范围为约15mm-75mm。
本发明的进一步的方面涉及成形的铝合金板产品作为装甲车辆(特别是军用车辆，例如履带式战斗系统、人员输送装甲车、装甲支援系统、水陆两栖攻击系统、高级水陆两栖攻击车辆或武装自动化车辆)中的装甲板的使用方法。当应用于此类装甲车辆时，该铝合金板产品将处于构造体形式从而形成整体装甲。对于本发明所述的铝合金板来说，悬挂式(Hang-on)装甲板是可能的，但并非最优选的应用。

Claims (15)

1.铝镁合金板产品的成型方法，所述方法包括如下步骤：
-提供具有至少10mm的规格以及具有以wt％计的如下化学组成的板产品：
任选选自于由如下元素所组成的组中的至少一种或多种元素：
Zr 0.03％-0.4％、Cr 0.03％-0.4％以及Ti 0.005％-0.3％，
任选总量为0.03％-0.3％的选自下组中的一种或多种元素：Er、Dy、Gd和Hf；
Fe  0-0.4％；
Si  0-0.25％；
不可避免的杂质和余量的铝；以及
-在200℃-400℃的温度下对所述合金板进行成形，从而获得预定的二维或三维成型结构。
2.如权利要求1所述的方法，其中，利用选自下组中的成形或成型工艺对所述板产品进行成型：弯折、冲压、轧制成型、拉伸成型和蠕变成型。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述板产品具有10mm-100mm、优选10mm-75mm、更优选15mm-75mm的规格。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在200℃-350℃的温度下对所述板产品进行成形。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在250℃-375℃、优选在300℃-350℃的温度下对所述板产品进行成形。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，在成型操作后对成型结构进行时效处理。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，铝合金具有如下组成：具有0.05％-1％、优选0.05％-0.4％的Sc。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有如下组成：具有3.7％-4.7％的Mg。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有如下组成：
任选选自于由如下元素所组成的组中的至少一种或多种元素：
Zr 0.03％-0.4％、Cr 0.03％-0.4％以及Ti 0.005％-0.4％；
任选总量为0.01％-0.3％的选自下组中的一种或多种元素：Er、Dy、Gd和Hf；
Fe  0-0.4％；
Si  0-0.25％；
不可避免的杂质和余量的铝。
10.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有处于AA5024的范围内的组成。
11.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有如下组成，所述组成由以wt％计的如下成分构成：
其它元素和不可避免的杂质各自<0.05％、总共<0.20％；
余量的铝。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述铝合金具有含量为0.3％-0.9％、优选0.35％-0.7％的Zn。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述铝合金具有含量为0.1％-0.6％、优选0.1％-0.5％的Cu。
14.一种使用方法，所述方法包括将根据权利要求1-13中任一项所述的方法成型的铝镁合金板作为装甲板施用至装甲车辆。
15.一种装甲车辆，所述装甲车辆包含根据权利要求1-13中任一项所述的方法成型的铝镁合金板。
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