CN105200285A

CN105200285A - 一种具有超塑性的铝合金板材及其制造方法

Info

Publication number: CN105200285A
Application number: CN201510702235.XA
Authority: CN
Inventors: 路丽英; 刘显东; 刘洪雷; 佟有志; 林森; 丛福官; 闫春宝; 李欣斌; 刘世雷
Original assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Current assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2015-12-30

Abstract

一种具有超塑性的铝合金板材及其制造方法，本发明涉及一种具有超塑性的铝合金材料及其制造方法，它为了解决现有5083合金的塑性性能较低的问题。制造方法：一、按质量百分数为Mg：4.0％～5.0％，Mn：0.50％～0.90％，Cr：0.05％～0.20％，Zr：0.05％～0.15％，Ti：0.02％～0.08％和余量Al称取合金原料；二、对合金原料进行熔炼；三、铸造成铸锭；四、对合金铸锭退火处理；五、进行热轧；六、中温卷轧，得到铝合金板材。本发明所述的铝合金板材的横向延伸率为220％～240％，纵向延伸率为240％～260％，具有良好的超塑性能，同时还具有较好的机械性能。

Description

一种具有超塑性的铝合金板材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有超塑性的铝合金材料及其制造方法。

背景技术

我国轨道交通运输业在快步发展，地铁、轻轨列车等行业对铝合金材料的需求越来越大，对铝合金超塑板材的应用开发也更为迫切。5083合金是Al-Mg系合金，该系合金以Mg为主要添加元素，密度比纯铝低，耐腐蚀，具有良好的可焊接性和抛光性能，价格低廉等诸多优点，可用于制作各种结构件，广泛应用于船舶、汽车及航空航天等领域。但对含Mg量较高的合金，由于塑性相对较低，利用常规的塑性成形方法难以制造一些汽车及航空航天用的复杂构件，所以目前广泛使用的5083合金板材，可用于生产超塑成形变形量不大、形状不复杂的地铁列车车窗。但是在成形变形量大、形状复杂的列车门柱时，其超塑性能不能满足使用要求。因此现需要一种具有超塑性的铝合金板材替代现在广泛使用的5083合金。

发明内容

本发明的目的是要解决现有5083合金的塑性性能较低的问题，而提供一种具有超塑性的铝合金板材及其制造方法。

本发明具有超塑性的铝合金板材中各元素的质量百分比如下：Mg：4.0％～5.0％，Mn：0.50％～0.90％，Cr：0.05％～0.20％，Zr：0.05％～0.15％，Ti：0.02％～0.08％，Cu﹤0.05％，Zn﹤0.10％，Si﹤0.10％，Fe﹤0.12％和余量的Al。

本发明具有超塑性的铝合金板材的制造方法按下列步骤实现：

一、按质量百分数为Mg：4.0％～5.0％，Mn：0.50％～0.90％，Cr：0.05％～0.20％，Zr：0.05％～0.15％，Ti：0.02％～0.08％和余量Al的比例称取高纯铝锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、镁锆中间合金和铝钛硼晶粒细化剂作为原料；

二、将步骤一称取的高纯铝锭、铝铬中间合金、铝锰中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，在700℃～750℃的温度下熔炼，当熔炼炉中的合金处于半熔融状态时，加入镁锆中间合金和纯镁锭，继续保温，当熔炼炉中的合金完全呈液态时，进行充分搅拌，然后加入覆盖剂，再用Ar-Cl₂混合气体对铝合金熔体进行精炼，静置30min后得到铝合金熔液；

三、将原料中的铝钛硼晶粒细化剂熔入铝合金熔液中，在温度为710℃～750℃、水压为0.08MPa～0.15MPa、速度为35mm/min～45mm/min的条件下进行铸造，得到合金铸锭；

四、将步骤三得到的合金铸锭在温度为390℃～415℃的条件下保温2h～6h，然后再在温度为485℃～510℃的条件下保温20h～28h，得到退火后的合金铸锭；

五、对退火后的合金铸锭铣面，然后放入台式炉加热中加热至400℃～420℃，保温3～5h后进行轧制，得到热轧板；

六、将步骤五得到的热轧板在温度为140℃～160℃条件下进行中温卷轧，得到具有超塑性的铝合金板材。

本发明制备得到的高镁合金板材具有高温超塑性能，板材的横向延伸率可达220％～240％，纵向延伸率可达240％～260％，已能一步成形出形状复杂的工件，而且成形没有回弹，尺寸稳定，加工偏差能够小于3.5‰，公差与精密机加工相近。此外，该制造工艺符合绿色环保加工，能够满足成形变形量更大、形状更复杂的成形需求，并且可以完全替代进口同类产品。本发明所述的铝合金板材可用于制造航空、航天、汽车、火车、建筑业、电子和医疗等领域中铝合金制造的复杂形状工件。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式具有超塑性的铝合金板材中各元素的质量百分比如下：Mg：4.0％～5.0％，Mn：0.50％～0.90％，Cr：0.05％～0.20％，Zr：0.05％～0.15％，Ti：0.02％～0.08％，Cu﹤0.05％，Zn﹤0.10％，Si﹤0.10％，Fe﹤0.12％和余量的Al。

本实施方式中的杂质元素来源于铝锭；杂质Si﹤0.10％、Fe﹤0.12％、Cu﹤0.05％、Zn﹤0.10％，其他单个杂质≤0.05％，此范围内的杂质对铝合金板材的性能没有影响。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是具有超塑性的铝合金板材中各元素的质量百分比如下：Mg：4.65％，Mn：0.70％，Cr：0.11％，Zr：0.13％，Ti：0.03％，Cu﹤0.05％，Zn﹤0.05％，Si﹤0.10％，Fe﹤0.12％和余量的Al。

具体实施方式三：本实施方式具有超塑性的铝合金板材的制造方法按下列步骤实施：

本实施方式步骤五在台式炉中加热测量金属温度为400℃～420℃，保证合金在最佳热塑性区。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二所述的覆盖剂为2号熔剂，按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂。其它与具体实施方式三相同。

本实施方式中的覆盖剂按质量百分比由KCl：32～40％、MgCl₂：38～46％和BaCl₂：5～8％组成。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是步骤二所述的Ar-Cl₂混合气体中Ar和Cl₂体积比为(31～33.5)：1。其它与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是步骤二精炼的时间为15～25min。其它与具体实施方式三至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤三在温度为730℃、水压为0.10MPa、速度为45mm/min的条件下进行铸造。其它与具体实施方式三至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是步骤三得到的合金铸锭的厚度为260～320mm。其它与具体实施方式三至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是步骤四合金铸锭在温度为400℃的条件下保温4h，然后再在温度为500℃的条件下保温24h。其它与具体实施方式三至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是步骤五得到的热轧板的厚度为7.0mm～8.0mm。其它与具体实施方式三至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三至十之一不同的是步骤六在温度为150℃条件下进行中温卷轧。其它与具体实施方式三至十之一相同。

实施例一：本实施例具有超塑性的铝合金板材的制造方法按下列步骤实施：

一、按质量百分数为Mg：4.65％，Mn：0.70％，Cr：0.11％，Zr：0.13％％，Ti：0.03％和余量Al的比例称取高纯铝锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、镁锆中间合金和铝钛硼晶粒细化剂作为原料；

二、采用电炉自投固体料方式将步骤一称取的高纯铝锭、铝铬中间合金、铝锰中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，在730℃的温度下熔炼，当熔炼炉中的合金处于半熔融状态时，加入镁锆中间合金和纯镁锭，继续保温，当熔炼炉中的合金完全呈液态时，进行充分搅拌，然后加入覆盖剂，再用Ar-Cl₂混合气体对铝合金熔体进行精炼15min，静置30min后得到铝合金熔液；

三、将原料中的铝钛硼晶粒细化剂熔入铝合金熔液中，在温度为740℃、水压为0.12MPa、速度为40mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为300mm、宽度为1500mm、长度为4000mm的合金铸锭；

四、将步骤三得到的合金铸锭在温度为400℃的条件下保温4h，然后再在温度为500℃的条件下保温24h，得到退火后的合金铸锭；

五、对退火后的合金铸锭铣面，铣面至255mm，然后放入台式炉加热中加热至410℃，保温4h后进行轧制，得到厚度为8.0mm的热轧板；

六、将步骤五得到的热轧板在温度为150℃条件下进行中温卷轧，轧至2.0mm得到具有超塑性的铝合金板材。

本实施例制备的铝合金板材在500℃，V＝2.16mm/min条件下，其板材横向延伸率为220％～240％，纵向延伸率为240％～260％。该超塑铝合金板材还具有更高的屈服强度和疲劳强度等机械性能，在室温条件下，2.0mm厚H18状态超塑性的铝合金板材的横向屈服强度为430MPa～440MPa，成形后的工件不存在硬化引起的弹性残余应力，尺寸稳定，抗腐蚀能力强。

Claims

1.一种具有超塑性的铝合金板材，其特征在于该具有超塑性的铝合金板材中各元素的质量百分比如下：Mg：4.0％～5.0％，Mn：0.50％～0.90％，Cr：0.05％～0.20％，Zr：0.05％～0.15％，Ti：0.02％～0.08％，Cu﹤0.05％，Zn﹤0.10％，Si﹤0.10％，Fe﹤0.12％和余量的Al。

2.根据权利要求1所述的一种具有超塑性的铝合金板材，其特征在于具有超塑性的铝合金板材中各元素的质量百分比如下：Mg：4.65％，Mn：0.70％，Cr：0.11％，Zr：0.13％，Ti：0.03％，Cu﹤0.05％，Zn﹤0.05％，Si﹤0.10％，Fe﹤0.12％和余量的Al。

3.一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于是按下列步骤实现：

4.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二所述的覆盖剂为2号熔剂，按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂。

5.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二所述的Ar-Cl₂混合气体中Ar和Cl₂体积比为(31～33.5)：1。

6.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二精炼的时间为15min～25min。

7.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤三在温度为730℃、水压为0.10MPa、速度为45mm/min的条件下进行铸造。

8.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤三得到的合金铸锭的厚度为260mm～320mm。

9.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤四合金铸锭在温度为400℃的条件下保温4h，然后再在温度为500℃的条件下保温24h。

10.根据权利要求3所述的一种具有超塑性的铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤五得到的热轧板的厚度为7.0mm～8.0mm。