CN107475648A - 一种5383铝合金的稳定化工艺 - Google Patents

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张义
杨直达
金雪
李玉博
郭富安
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Abstract

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种5383铝合金的稳定化工艺，在5083合金成分的基础上添加了Zr元素，Zr元素可以与Al元素结合形成Al3Zr相，该Al3Zr相可以有效的钉扎5383铝合金中的错位、亚晶界以及晶界，从而显著提高5383铝合金的强度及再结晶温度，通过将厚度为6mm的5383铝合金板材进行冷轧，冷轧至4.8mm、4.2mm、3.6mm、3.0mm，其变形量分别为20％、30％、40％、50％，将变形后的5383铝合金板材在210℃、220℃、230℃、240℃、250℃分别退火2小时，进而测试不同变形量和不同退火温度下铝合金板材的力学性能及耐蚀性能，选出冷轧变形量为30％～50％，退火温度为230～250℃为最佳稳定化工艺。

Description

一种5383铝合金的稳定化工艺
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，涉及一种5383铝合金的稳定化工艺。
背景技术
船舶的工作环境要求其结构材料具有高的比强度、韧性、耐蚀性、抗疲劳、抗冲击及良好的焊接性等综合性能，尤其是行驶在海洋环境中的船舶，因海水含有大量的Cl-，是一种典型的电解溶液，具有很强的腐蚀性，在这种强腐蚀环境及应力作用下，更要求船用材料具有优异的抗电化学腐蚀及抗应力腐蚀性能。在传统材料中，虽然钢铁及高分子基复合材料在船舶制造中有大量的应用，但是铝合金材料具有钢铁及高分子材料不具备的一系列综合性能，高比强度和耐蚀性、优良的加工成形性和焊接性、易回收及抗老化等特点使得铝合金在船舶制造上的应用越来越多，并且潜力巨大、前景广阔。
目前5xxx系铝合金，具有较高的强度、良好的塑性、抗蚀性及焊接性，在制作船板、船外壳、船体下层结构中显示了其重要地位，是建立船体结构的重要材料。为了获得更好的焊接性能和更加优良的抗腐蚀性能，提高船舶的使用寿命，采用合金化程度更高性能更好的5083铝合金进行挤压生产。
5383铝合金是5083铝合金的改进型合金，相比5083铝合金，5383铝合金具有更高的强度以及更加优异的焊接性能。5383铝合金中的Mg含量在4.0～5.2％之间，在腐蚀环境中，比如海上等环境下使用时，容易发生腐蚀失效，因此需要对板材进行稳定化退火以提高其耐腐蚀性。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决5383铝合金在海上等腐蚀环境下使用时，容易发生腐蚀失效的问题，提供一种5383铝合金的稳定化工艺。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：包括如下步骤：
A、通过半连续水冷铸造法生产5383铝合金铸锭；
B、将铝合金铸锭经过铣面后进行热轧，得到铝合金板材，其中热轧后的铝合金板材厚度为为6.0mm；
C、将热轧后的铝合金板材进行冷轧，冷轧变形量为20～50％，再将冷轧变形后的铝合金板材在210～250℃的温度范围内进行2～3小时的稳定化退火；
D、将稳定化退火后的铝合金板材按照规定尺寸进行锯切。
进一步，步骤C冷轧后的铝合金板材厚度为3.0～5.0mm。
进一步，步骤C中冷轧变形量为30～50％。
进一步，步骤C稳定化退火的温度为230～250℃。
本发明的有益效果在于：
1、通过本发明的5383铝合金的稳定化工艺制备的高镁5383铝合金，由于在5083合金成分的基础上添加了Zr元素(如表1所示)，Zr元素可以与Al元素结合形成Al3Zr相，其尺寸约几十纳米。这种Al3Zr相可以有效的钉扎5383铝合金中的错位、亚晶界以及晶界，从而显著提高5383铝合金的强度及再结晶温度。因此，相比5083铝合金，5383铝合金具有更高的强度以及更加优异的焊接性能。
从5383铝合金性价比以及加工成本考虑，5383铝合金中Zr的添加量约为0.1％，Zr元素的增加仅仅使得5383铝合金每吨成本增加约80元，成本仅略有增加。因此，5383铝合金具有替代5083铝合金的潜力。
表1 5083和5383合金成分
传统工艺制备的5383铝合金板材容易发生腐蚀失效的原因是5383铝合金中的Al3Mg2相容易析出并沿晶界连续分布。其中，Al3Mg2和5383铝合金基体的电位差相差较大，在腐蚀环境下优先被腐蚀，如果它沿晶界连续分布，那么被腐蚀后晶粒容易发生脱落，使得5383铝合金腐蚀失效。如果5383铝合金中的Al3Mg2相呈断续分布，则腐蚀失效不会向铝合金基体延伸，耐腐蚀性较Al3Mg2沿晶界连续分布时好。因此，提高耐腐蚀性的关键是让Al3Mg2沿晶界断续分布。本发明的5383铝合金的稳定化工艺通过调整5383铝合金板材冷轧变形量以及热处理的温度、时间来改变Al3Mg2的分布状态，使得5383铝合金中的Al3Mg2相呈断续分布，提高5383铝合金板材的耐腐蚀性。
2、通过本发明的5383铝合金的稳定化工艺制备的高镁5383铝合金，制备工艺简单，性能稳定，具有良好的成形性能，各项性能符合ASTM B928标准的要求。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：
一种5383铝合金的稳定化工艺，包括如下步骤：
A、通过半连续水冷铸造法生产5383铝合金铸锭，铝合金铸锭各元素质量百分数配比为：Si 0.25％、Mg 5.2％、Fe 0.25％、Cu 0.2％、Mn 1.0％、Cr 0.25％、Ti 0.15％、Zn0.4％、Zr 0.2％、余量Al。
B、将铝合金铸锭经过铣面后进行热轧，得到铝合金板材，其中热轧后的铝合金板材厚度为6.0mm，热轧的温度为340℃。
C、将热轧后的铝合金板材进行冷轧，冷轧后的铝合金板材厚度为4.8mm，冷轧变形量为20％，再将冷轧变形后的铝合金板材在210℃、220℃、230℃、240℃、250℃五个温度下分别进行2小时的稳定化退火。
D、将稳定化退火后的铝合金板材按照规定尺寸在锯床上进行锯切。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于步骤C中冷轧后的铝合金板材厚度为4.2mm，冷轧变形量为30％。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别在于步骤C中冷轧后的铝合金板材厚度为3.6mm，冷轧变形量为40％。
实施例4：
实施例4与实施例1的区别在于步骤C中冷轧后的铝合金板材厚度为3.0mm，冷轧变形量为50％。
指标测评：
对实施例1～4得到的5383铝合金板材进行指标测评，不同变形量的5383铝合金板材经退火后的晶间腐蚀测评结果如表一，剥落腐蚀测评结果如表二：
表一
表二
其中剥落腐蚀等级为N表示铝合金腐蚀不严重，表面上有微蚀或脱色现象；剥落腐蚀等级为P表示出现点蚀，表面出现细小点蚀或者爆皮，出现爆皮现象说明腐蚀已经轻微深入试样表面；剥落腐蚀等级为E表示出现剥落腐蚀，表面呈显著的起层现象。
通过对表一结果的分析发现，5383铝合金板材在210℃退火2小时的晶间腐蚀都超标，220℃退火2小时的晶间腐蚀虽然没有超标，但是接近15mg/cm2。230℃退火2小时晶间腐蚀仅有4mg/cm2。240℃、250℃退火2小时晶间腐蚀更是小于4mg/cm2。因此，为了保险起见，稳定化温度最好高于220℃，尽量在230℃以上进行2小时退火。
将实施例1～4中具有不同变形量的5383铝合金板材在230℃、240℃、250℃退火2小时后进行了力学性能测试，表二为5383铝合金板材230℃退火后的力学性能，表三为5383铝合金板材240℃退火后的力学性能，表四为5383铝合金板材250℃退火后的力学性能：
表二
变形量(％) 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 20 353 236 14
实施例2 30 362 256 14
实施例3 40 369 261 13.5
实施例4 50 371 276 12.5
表三
变形量(％) 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 20 350 228 17
实施例2 30 358 250 17.5
实施例3 40 375 270 14
实施例4 50 367 273 13.5
表四
表五选出了最终合适的加工窗口，通过本发明的5383铝合金稳定化工艺制备的高镁5383铝合金板材性能不合格标记为差，高镁5383铝合金板材性能不合格标记为中，高镁5383铝合金板材性能不合格标记为优。
表五
从表五可以看出，当退火温度达到240℃、250℃时，变形量20％的5383铝合金板材力学性能不达标，因此为了便于安排生产，冷轧变形量最好高于20％。高镁5383铝合金板材制备过程中选择冷轧变形量为30％～50％，退火温度选择230～250℃。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种5383铝合金的稳定化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、通过半连续水冷铸造法生产5383铝合金铸锭；
B、将铝合金铸锭经过铣面后进行热轧，得到铝合金板材，其中热轧后的铝合金板材厚度为为6.0mm；
C、将热轧后的铝合金板材进行冷轧，冷轧变形量为20～50％，再将冷轧变形后的铝合金板材在210～250℃的温度范围内进行2～3小时的稳定化退火；
D、将稳定化退火后的铝合金板材按照规定尺寸进行锯切。
2.如权利要求1所述的5383铝合金的稳定化工艺，其特征在于，步骤C冷轧后的铝合金板材厚度为3.0～5.0mm。
3.如权利要求1所述的5383铝合金的稳定化工艺，其特征在于，步骤C中冷轧变形量为30～50％。
4.如权利要求1所述的5383铝合金的稳定化工艺，其特征在于，步骤C稳定化退火的温度为230～250℃。
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