CN106011560A - 一种高性能的5xxx系铝合金及其加工方法 - Google Patents

一种高性能的5xxx系铝合金及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能的5xxx系铝合金及其加工方法，其成分为：Mg2.0~5.0wt％、Si≤0.10wt％、Cu≤0.10wt％、Mn≤0.10wt％、Cr≤0.10wt％、Ti≤0.1wt％、Fe≤0.20wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。其加工方法：铸锭均匀化退火，从室温升到420~440℃，保温4~10小时，再升到460~530℃，保温5~12小时；热轧，开轧温度为460~530℃，终轧温度控制在360℃以下；冷轧坯料后续冷轧，总压下量为40~70％时，进行一次中间退火。本发明通过调整5xxx系铝合金中元素的含量和加工工艺，使材料的组织均一，具有高强度和良好的阳极氧化性能。

Description

一种高性能的5xxx系铝合金及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金，尤其涉及一种手机外观件用铝合金及其加工方法，属于有色金属技术领域。
背景技术
目前智能手机的应用趋势是采用铝合金制造外观件。铝合金材料应用于手机产品的最大优势在于良好的导热性能和较高的机械性能：铝合金的硬度是传统塑料部件的几倍；铝合金的散热性能远优于塑料，可较快的将智能手机内应用处理芯片在高负荷运作时产生的大量热量及时传导至外界；同时相比工程塑料，铝合金在表面处理中，更易上色，从而使得手机产品更加美观。因而铝合金在手机部件制造中的用量逐年增加。
铝合金手机外观件(如手机背板)，主要通过数控机床加工整块6xxx挤压材的方式获得。采用此种方式获得的手机部件具有尺寸精度高的特点，因而被广泛的应用于中、高端手机外观件的制造。但此种方式存在以下几个缺点：材料浪费大，90％左右的原材料被机加工掉；加工成本高，机加工成本是原材料成本的9倍左右。材料加工至最后一道工序(如阳极氧化)，才会显现主要的不良(黑线)，材料则被报废；加工周期长，一般一块材料机加工的时间为1-2小时，影响生产效率。
因此，通过冲压5xxx系铝合金薄板加工手机外观件(背板)成为了生产外观件的趋势。通过此种方式加工外观件，材料损耗小、加工成本低、生产效率高，与传统的加工方式相比优势明显。目前外观件用5xxx系铝合金有5052及5252合金。5052合金与5252合金成分类似，强度相当。两者在手机外观件的制造中都有应用，但两者的力学性能及阳极氧化后的表面效果都比挤压6系铝材的差，因而限制了5系冲压薄板的应用范围。
因此有必要在现有手机外观件用5xxx系合金的基础上，开发高强且阳极氧化性能良好的新型合金。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，通过成分优化及工艺的改善，提供一种适合用于手机外观件制造的、兼顾强度与阳极氧化性能的高性能5xxx系铝合金及其加工方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种高性能5xxx系铝合金，其成分的质量百分含量如下：Mg：2.0～5.0wt％、Si≤0.10wt％、Cu≤0.10wt％、Mn≤0.10wt％、Cr≤0.10wt％、Ti≤0.10wt％、Fe≤0.20wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。
进一步地，上述5xxx系铝合金中Mn的含量≤0.05wt％，Cr的含量≤0.05wt％，Fe的含量≤0.10wt％。
进一步地，上述5xxx系铝合金中，Mg的含量为4.0～5.0wt％或2.0～2.6wt％。
前述高性能5xxx系铝合金的加工方法为：首先对铸锭进行均匀化退火，从室温升到420～460℃，并保温4～10小时，接着再升到500～530℃，保温5～12小时；然后进行热轧，开轧温度为450～500℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为40～70％时，进行一次中间退火，参数为(250～360℃)×(4～8h)。
进一步地，前述5xxx系铝合金的加工方法优选为：首先铸锭进行均匀化退火，从室温升到440℃，保温6～10小时，接着再升到460～530℃，保温6～10小时；然后进行热轧，开轧温度为460～500℃，终轧温度控制在300℃以下；最后对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为60～70％时，进行一次中间退火，参数为(300～330℃)×(6～8h)。
再进一步地，前述5xxx系铝合金的加工方法优选为：首先铸锭进行均匀化退火，从室温升到440℃，保温6～10小时，接着再升到460～500℃，保温6～10小时；然后进行热轧，开轧温度为460～500℃，终轧温度控制在280℃以下；最后对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为60～70％时，进行一次中间退火，参数为(320～340℃)×(6～8h)。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：本发明通过合理调整5xxx系铝合金中主合金元素Mg及微量元素的含量，并调整材料的加工工艺，使材料的组织均一，使得材料兼具高强度和良好的阳极氧化性能。
具体实施方式
5xxx系铝合金薄板阳极氧化后容易出现“料纹”(即沿轧制方向分布的细小条状纹路)。料纹的产生与组织的均匀性，即金属间化合物的数量及分布有关。较少金属间化合物或弥散分布的金属间化合物有利于减轻“料纹”的出现。而金属间化合物的数量及分布与材料成分及加工工艺息息相关。
5xxx系铝合金的主要合金元素为Mg。Mg在材料中起提高固溶强化及应变强化的作用，且Mg含量越高，材料的强度越高。但随着材料中Mg含量的增加，含Mg金属间化合物的体积分数也随之增加，含Mg化合物的析出控制也更加困难，容易形成金属间化合物分布不均匀，并最终导致阳极氧化“料纹”的产生。Mg的含量以2％～5％为宜，过少则不利于获得较高的强度，过多则不利于金属间化合物的控制；Mn、Cr、Ti为微量添加元素，主要起晶粒尺寸控制的目的。但添加过多则容易在组织中形成过多沿轧向分布的金属间化合物，从而降低阳极氧化后的表面外观效果，其含量应控制在≤0.10wt％；Si、Fe为杂质元素，通常形成Mg2Si及含Fe相，使得材料出现阳极料纹的倾向增大，且Si对材料阳极后的颜色有不利影响。因此，材料中Si含量需控制在≤0.10wt％，而Fe含量需控制在≤0.20wt％。
同时，金属间化合的数量及分布也受加工工艺的影响。由于Al-Mg金属间化合物的熔点在450℃左右，因此，铸锭的均匀化退火需采用双级制度：于420～440℃，保温4～10小时，然后再升到500～530℃，保温5～12小时。目的是在较低温度下(420～440℃)，将Al-Mg相溶入基体，然后在较高的温度(460～530℃)下继续均质，使材料组织均一；然后再进行热轧，开轧温度为460～530℃，终轧温度控制在360℃以下。控制开轧及终轧温度的目的之一是为了控制金属间化合物在轧制过程中的析出，过高的开轧温度或过低的终轧温度容易造成金属间化合物的大量析出，而后续的热处理很难调整金属间化合物的分布和数量；冷轧坯料在冷轧过程中，当冷轧总压下量为40～70％时需进行一次中间退火(250～360℃)x(4～8h)，其目的是为了改善晶粒组织、提高材料塑性及部分溶解在加工过程中析出的金属间化合物。中间退火温度过低，则无法达到改善晶粒组织及溶解加工过程中析出的金属间化合物的目的。中间退火温度过高，则将降低材料的加工硬化效果。
通过以上的加工工艺，可以获得兼顾强度及阳极氧化性能的高性能电子产品外观件用新型铝合金。以下对比说明本发明的实施例和比较例，根据这些实施例和比较例可以进一步印证本发明的技术效果；但是，所列举的实施例仅为本发明优选的实施方式，不应将其理解为本发明上述主题的范围仅限于此，凡基于本发明技术构思所形成的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
实施例1
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：4.2wt％、Si：0.03wt％、Cu：0.06wt％、Mn：0.001wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.08wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在420℃保温8小时，然后升到500℃保温6小时；然后再进行热轧，开轧温度为500℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为70％时，进行中间退火，300℃×4h。
实施例2
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：3.2wt％、Si：0.05wt％、Cu：0.001wt％、Mn：0.001wt％、Cr 0.002wt％、Fe 0.10wt％、Ti 0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在430℃保温5小时，然后升到510℃保温8小时；然后再进行热轧，开轧温度为500℃，终轧温度控制在280℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为50％时，进行中间退火，300℃×6h。
实施例3
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：4.8wt％、Si：0.06wt％、Cu：0.001wt％、Mn：0.001wt％、Cr：0.001wt％、Fe：0.12wt％、Ti：0.02wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在440℃保温6小时，然后升到520℃保温5小时；然后再进行热轧，开轧温度为520℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为80％时，进行中间退火，320℃×4h。
实施例4
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：3.0wt％、Si：0.07wt％、Cu：0.01wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.02wt％、Fe：0.10wt％、Ti：0.02wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在440℃保温6小时，然后升到520℃保温5小时；然后再进行热轧，开轧温度为500℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为80％时，进行中间退火，320℃×4h。
实施例5
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：3.5wt％、Si：0.06wt％、Cu：0.06wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.10wt％、Ti：0.02wt％、余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在440℃保温6小时，然后升到520℃保温5小时；然后再进行热轧，开轧温度为500℃，终轧温度控制在300℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为70％时，进行中间退火，310℃×6h。
实施例6
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：4.0wt％、Si：0.06wt％、Cu：0.08wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.08wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在430℃保温7小时，然后升到460℃保温6小时；然后再进行热轧，开轧温度为460℃，终轧温度控制在280℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为70％时，进行中间退火，300℃×4h。
实施例7
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：2.2wt％、Si：0.05wt％、Cu：0.001wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.08wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在420℃保温7小时，然后升到460℃保温6小时；然后再进行热轧，开轧温度为460℃，终轧温度控制在280℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为73％时，进行中间退火，310℃×4h。
比较例1
铸锭铝合金成分以质量百分比计为：Mg：2.8wt％、Si：0.08wt％、Cu：0.09wt％、Mn：0.01wt％、Fe：0.10wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在420℃保温8小时，然后升到500℃保温6小时；然后再进行热轧，开轧温度为500℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，成品退火制度为，300℃×4h。
比较例2
铝合金成分以质量百分比计为：Mg：4.0wt％、Si：0.06wt％、Cu：0.08wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.08wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在430℃保温7小时，然后升到460℃保温6小时；然后再进行热轧，开轧温度为460℃，终轧温度控制在380℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，轧制最终厚度后进行退火处理300℃×4h。
比较例3
铝合金成分以质量百分比计为：Mg：4.0wt％、Si：0.06wt％、Cu：0.08wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.08wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在440℃保温7小时；然后再进行热轧，开轧温度为480℃，终轧温度控制在380℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为70％时，进行中间退火，300℃×4h。
比较例4
铝合金成分以质量百分比计为：Mg：2.8wt％、Si：0.12wt％、Cu：0.09wt％、Mn：0.05wt％、Fe：0.20wt％、Cr：0.20wt％、Ti：0.01wt％，余量为Al。
对合金铸锭均匀化热处理：在420℃保温8小时，然后升到500℃保温6小时；然后再进行热轧，开轧温度为500℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，成品退火制度为，300℃×4h。
上述比较例1和4为5252及5052成分。
表1实施例及比较例中合金的性能。
由上表1所示可看出，实施例1～7是运用本发明技术方案的得到的铝合金材料与比较例1～4(常规的)相比，力学性能Rp0.2＞210Mpa、Rm＞230Mpa，阳极氧化效果都呈现无料纹。
综上所述，本发明通过合理调整5xxx系铝合金中各元素的含量并控制加工工艺，在保证材料强度的基础上，控制组织中金属间化合物的分布，提高材料的阳极氧化效果，使材料获得了较好的综合性能，较好满足手机外观件的使用要求。

Claims (9)

1.一种高性能5xxx系铝合金，其特征在于：该铝合金成分的质量百分含量如下：Mg：2.0～5.0 wt％、Si≤0.10 wt％、Cu≤0.10 wt％、Mn≤0.10 wt％、Cr≤0.10 wt％、Ti≤0.10 wt％、Fe≤0.20 wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高性能5xxx系铝合金，其特征在于：所述铝合金中Mn的含量≤0.05 wt％ 。
3.根据权利要求1所述的高性能5xxx系铝合金，其特征在于：Cr的含量≤0.05 wt％ 。
4.根据权利要求1所述的高性能5xxx系铝合金，其特征在于：Fe的含量≤0.10 wt％ 。
5.根据权利要求1所述的高性能5xxx系铝合金，其特征在于：所述铝合金中，Mg的含量为4.0～5.0 wt％ 。
6.根据权利要求1所述的高性能5xxx系铝合金，其特征在于：所述铝合金中，Mg的含量为2.0～2.6 wt％ 。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的高性能5xxx系铝合金的加工方法，其特征在于：该方法首先对铸锭进行均匀化退火，从室温升到420～460℃，并保温4～10小时，接着再升到500～530℃，保温5～12小时；然后进行热轧，开轧温度为450～500℃，终轧温度控制在320℃以下；对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为40～70％时，进行一次中间退火，参数为（250～360℃）×（4～8h）。
8.根据权利要求７所述的高性能5xxx系铝合金的加工方法，其特征在于：所述铝合金加工方法是：首先铸锭进行均匀化退火，从室温升到440℃，保温6～10小时，接着再升到460～530℃，保温6～10小时；然后进行热轧，开轧温度为460～500℃，终轧温度控制在300℃以下；最后对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为60～70％时，进行一次中间退火，参数为（300～330℃）×（6～8h）。
9.根据权利要求７所述的高性能5xxx系铝合金的加工方法，其特征在于：所述铝合金加工方法是：首先铸锭进行均匀化退火，从室温升到440℃，保温6～10小时，接着再升到460～500℃，保温6～10小时；然后进行热轧，开轧温度为460～500℃，终轧温度控制在280℃以下；最后对冷轧坯料进行后续冷轧，当总压下量为60～70％时，进行一次中间退火，参数为（320～340℃）×（6～8h）。
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