CN107937779A - 一种高性能铝合金厚板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能铝合金厚板及其制备方法，本发明涉及一种高性能铝合金厚板及其制备方法，本发明的目的是为了解决现有高性能铝合金的制造方法制备方法制造的板材强度、韧性、耐蚀性和疲劳性能差，无法满足市场使用标准要求的问题，本发明铝合金厚板中元素包含Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn和Al，其是由铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭经熔炼、铸造、均匀化退火、热轧、固熔、拉伸、时效制造而成。本发明生产出了板面平整、薄厚均匀、表面光洁度好、性能稳定的铝合金制品。本发明应用铝合金锻造领域。

Description

一种高性能铝合金厚板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能铝合金厚板及其制备方法。
背景技术
高强高韧新型铝合金具有很高的比强度、良好的热加工性能、较高的耐蚀性能等特点，尤其是具有优良的疲劳性能，是铝合金中的典型合金。此种铝合金板材将会成为飞机、船泊、铁路、汽车制造业、制罐工业所用的主要材料。但这种铝合金制品主要通过铸造方法或冷轧加工方法获得，此两种方法的局限性和工艺不成形不稳定造成组织粗大使得板材强度、韧性、耐蚀性和疲劳性能差等问题，使此种铝合金的应用受到很大的限制。并且以上述两种方法制造得到的铝合金板材制品的性能极其不稳定，无法满足市场使用标准要求，也无法满足市场批量生产的要求。因此，研究此种合金加工制造工艺是推动铝合金材料应用的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有高性能铝合金的制造方法很容易形成不稳定的粗大晶粒组织，同时在晶界形成连续的腐蚀通道使得板材强度、韧性、耐蚀性和疲劳性能差，无法满足市场使用标准要求的问题，提供了一种高性能铝合金厚板及其制备方法。
本发明一种高性能铝合金厚板是按元素质量百分含量Si：1.5％～2.2％、Fe：0.9％～1.3％、Cu：2.2％～2.4％、Mn：1.7％～1.8％、Mg：1.6％～1.8％、Cr：0.8％～0.9％、Zn：1.9％～2.1％、余量Al的比例由铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭制成。
本发明一种高性能铝合金厚板的制备方法，按照以下步骤进行：
一、按铝合金厚板中元素的质量百分含量Si：1.5％～2.2％、Fe：0.9％～1.3％、Cu：2.2％～2.4％、Mn：1.7％～1.8％、Mg：1.6％～1.8％、Cr：0.8％～0.9％、Zn：1.9％～2.1％、余量为Al的比例称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，在温度为820℃～835℃的条件下熔炼6h～9h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一的铝合金熔液在铸造温度为788℃～794℃、铸造速度为75mm/min～95mm/min、冷却水强度为0.35MPa～0.45MPa、冷却水温度为5℃～8℃的条件下采用半连续铸造法制成规格为520mm×1500mm的铝合金铸锭；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入热处理炉中加热至炉温为647℃～652℃，在定温647℃～652℃下加热4h～6h，转定温633℃～636℃下保温至金属温度595℃～605℃，进行均匀化退火处理；
四、将步骤三均匀化退火处理后的铝合金铸锭铣去表面的氧化皮后，放入到加热炉中加热，定温636℃保温7h～8h，转定温607℃，保温至铝合金铸锭的出炉温度为587℃～592℃；
五、将步骤四加热后的铝合金铸锭热轧成厚度为18.0mm～19.0mm，得到热轧板半成品；
六、将步骤五得到的热轧板半成品放入炉温为553℃～556℃的淬火炉中固溶，在定温553℃～556℃下加热56min～60min，然后保温43min～47min，再以31s～35s的转移时间进入13℃～16℃的水中冷却至水温，得到固溶板材A；
七、将步骤六得到的固溶板材A用热处理炉退火，在热处理炉定温417℃且金属温度为415℃～419℃的条件下保温6.5h～7h，得到退火板材A；
八、将步骤七得到的退火板材放入炉温为333℃～337℃的淬火炉中，在定温为333℃～337下加热23～29min，再保温41～46min，然后以26s～32s的转移时间进入8℃～11℃的水中冷却至水温，得到固溶板材B；
九、将步骤八得到的固溶板材B用热处理炉退火，在定温417℃且金属温度415℃～419℃的条件下保温6.5h～7h，得到退火板材B；
十、将步骤九得到的退火板材B用拉伸机进行拉伸，拉伸量为2.4％～2.7％，得到拉伸板材；
十一、将步骤十得到的拉伸板材放入热处理炉加热至133℃，然后在定温133℃且金属温度131℃～135℃的条件下保温10h～14h，然后转定温147℃且金属温度145℃～148℃的条件下保温2.5h～3h，再转定温156℃且金属温度154℃～158℃的条件下保温4h～6h，然后转定温85℃且金属温度85℃～87℃的条件下保温1.5h～2h，得到铝合金厚板。
本发明的高性能铝合金厚板的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能均优于其他铝合金产品。同时确定了此种高性能铝合金厚板的稳定制备方法，填补了高性能铝合金厚板的稳定制备方法的空白。本发明选择合理的工艺流程，通过对轧制、热处理、拉伸的控制达到细化组织、提高强度、韧性、耐蚀性和疲劳性能的目的。通过热处理温度的控制达到了使此种板材性能稳定的目的。使用本发明生产出了板面平整、薄厚均匀、表面光洁度好、性能稳定的铝合金制品，屈服强度734MPa～742MPa，抗拉强度673MPa～679MPa，延伸率13％～15％，断裂韧性L-T：T-L：剥落腐蚀达到P级以上，可应用于飞机、船泊、铁路、汽车制造业、制罐工业等多个领域。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种高性能铝合金厚板是按元素质量百分含量Si：1.5％～2.2％、Fe：0.9％～1.3％、Cu：2.2％～2.4％、Mn：1.7％～1.8％、Mg：1.6％～1.8％、Cr：0.8％～0.9％、Zn：1.9％～2.1％、余量Al的比例由铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭制成。
本实施方式的高性能铝合金厚板的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能均优于其他铝合金产品,高性能铝合金厚板的板面平整、薄厚均匀、表面光洁度好、性能稳定，屈服强度734MPa～742MPa，抗拉强度673MPa～679MPa，延伸率13％～15％，断裂韧性L-T： T-L：剥落腐蚀达到P级以上，可应用于飞机、船泊、铁路、汽车制造业、制罐工业等多个领域。
具体实施方式二：本实施方式一种高性能铝合金厚板的制备方法，按照以下步骤进行：
一、按铝合金厚板中元素的质量百分含量Si：1.5％～2.2％、Fe：0.9％～1.3％、Cu：2.2％～2.4％、Mn：1.7％～1.8％、Mg：1.6％～1.8％、Cr：0.8％～0.9％、Zn：1.9％～2.1％、余量为Al的比例称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，在温度为820℃～835℃的条件下熔炼6h～9h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一的铝合金熔液在铸造温度为788℃～794℃、铸造速度为75mm/min～95mm/min、冷却水强度为0.35MPa～0.45MPa、冷却水温度为5℃～8℃的条件下采用半连续铸造法制成规格为520mm×1500mm的铝合金铸锭；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入热处理炉中加热至炉温为647℃～652℃，在定温647℃～652℃下加热4h～6h，转定温633℃～636℃下保温至金属温度595℃～605℃，进行均匀化退火处理；
四、将步骤三均匀化退火处理后的铝合金铸锭铣去表面的氧化皮后，放入到加热炉中加热，定温636℃保温7h～8h，转定温607℃，保温至铝合金铸锭的出炉温度为587℃～592℃；
五、将步骤四加热后的铝合金铸锭热轧成厚度为18.0mm～19.0mm，得到热轧板半成品；
六、将步骤五得到的热轧板半成品放入炉温为553℃～556℃的淬火炉中固溶，在定温553℃～556℃下加热56min～60min，然后保温43min～47min，再以31s～35s的转移时间进入13℃～16℃的水中冷却至水温，得到固溶板材A；
七、将步骤六得到的固溶板材A用热处理炉退火，在热处理炉定温417℃且金属温度为415℃～419℃的条件下保温6.5h～7h，得到退火板材A；
八、将步骤七得到的退火板材放入炉温为333℃～337℃的淬火炉中，在定温为333℃～337下加热23～29min，再保温41～46min，然后以26s～32s的转移时间进入8℃～11℃的水中冷却至水温，得到固溶板材B；
九、将步骤八得到的固溶板材B用热处理炉退火，在定温417℃且金属温度415℃～419℃的条件下保温6.5h～7h，得到退火板材B；
十、将步骤九得到的退火板材B用拉伸机进行拉伸，拉伸量为2.4％～2.7％，得到拉伸板材；
十一、将步骤十得到的拉伸板材放入热处理炉加热至133℃，然后在定温133℃且金属温度131℃～135℃的条件下保温10h～14h，然后转定温147℃且金属温度145℃～148℃的条件下保温2.5h～3h，再转定温156℃且金属温度154℃～158℃的条件下保温4h～6h，然后转定温85℃且金属温度85℃～87℃的条件下保温1.5h～2h，得到铝合金厚板。
本实施方式中的定温是指设定设备的温度。
本实施方式的高性能铝合金厚板的稳定制备方法，填补了高性能铝合金厚板的稳定制备方法的空白。本实施方式选择合理的工艺流程，通过对轧制、热处理、拉伸的控制达到细化组织、提高强度、韧性、耐蚀性和疲劳性能的目的，通过热处理温度的控制达到了使此种板材性能稳定的目的。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中按铝合金厚板中元素的质量百分含量Si：1.8％、Fe：1.1％、Cu：2.3％、Mn：1.8％、Mg：1.7％、Cr：0.8％、Zn：2.0％、余量为Al的比例称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三之一不同的是：步骤一中在温度为830℃的条件下熔炼8h。其他与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤二中铸造温度为790℃、铸造速度为90mm/min、冷却水强度为0.40MPa、冷却水温度为7℃。其他与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三热处理炉中加热至炉温为650℃，在定温650℃下加热5h，转定温635℃下保温至金属温度600℃。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤四中加热炉中加热，定温636℃保温7h，转定温607℃，保温至铝合金铸锭的出炉温度为590℃。其他与具体实施方式二至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：步骤五中加热后的铝合金铸锭热轧成厚度为19.0mm，得到热轧板半成品。其他与具体实施方式二至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤六中将热轧板半成品放入炉温为555℃的淬火炉中固溶，加热58min，然后在555℃下保温45min。其他与具体实施方式二至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是：步骤七中用热处理炉退火，热处理炉定温417℃且金属温度417℃的条件下，保温7h。其他与具体实施方式二至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式二至十之一不同的是：步骤八中退火板材放入炉温为335℃的淬火炉中，在定温为335℃下加热26min，再保温45min，然后以30s的转移时间进入10℃的水中冷却至水温。其他与具体实施方式二至十之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种高性能铝合金厚板的制备方法，按照以下步骤进行：
一、按铝合金厚板中元素的质量百分含量Si：1.8％、Fe：1.1％、Cu：2.3％、Mn：1.8％、Mg：1.7％、Cr：0.8％、Zn：2.0％、余量为Al的比例称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，在温度为830℃的条件下熔炼8h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一的铝合金熔液在铸造温度为790℃、铸造速度为90mm/min、冷却水强度为0.40MPa、冷却水温度为7℃的条件下采用半连续铸造法制成规格为520mm×1500mm的铝合金铸锭；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入热处理炉中加热加热至炉温为650℃，在定温650℃下加热5h，转定温635℃下保温至金属温度600℃，进行均匀化退火处理；
四、将步骤三均匀化退火处理后的铝合金铸锭铣去表面的氧化皮后，放入到加热炉中加热，定温636℃保温7h，转定温607℃，保温至铝合金铸锭的出炉温度为590℃；
五、将步骤四加热后的铝合金铸锭热轧成厚度为19.0mm，得到热轧板半成品；
六、将步骤五得到的将热轧板半成品放入炉温为555℃的淬火炉中固溶，在定温555℃下加热58min，然后保温45min，再以33s的转移时间进入15℃的水中冷却至水温，得到固溶板材A；
七、将步骤六得到的固溶板材A用热处理炉退火，在热处理炉定温417℃且金属温度为417℃的条件下保温7h，得到退火板材A；
八、将步骤七得到的退火板材放入炉温为335℃的淬火炉中，在定温为335℃下加热26min，再保温45min，然后以30s的转移时间进入10℃的水中冷却至水温，得到固溶板材B；
九、将步骤八得到的固溶板材B用热处理炉退火，在定温417℃且金属温度417℃的条件下保温7h，得到退火板材B；
十、将步骤九得到的退火板材B用拉伸机进行拉伸，拉伸量为2.6％，得到拉伸板材；
十一、将步骤十得到的拉伸板材放入热处理炉加热至133℃，然后在定温133℃且金属温度133℃的条件下保温12h，然后转定温147℃且金属温度147℃的条件下保温2.5h，再转定温156℃且金属温度156℃的条件下保温5h，然后转定温85℃且金属温度85℃的条件下保温2h，得到铝合金厚板。
将本实施例制造的铝合金厚板性能进行测试，其屈服强度为742MPa，抗拉强度为679MPa，延伸率为15％，断裂韧性L-T：T-L：剥落腐蚀达到P级以上。由此可知，本实施例制造的高性能铝合金厚板的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能均优于其他铝合金产品。同时确定了此种高性能铝合金厚板的稳定制备方法，填补了高性能铝合金厚板的稳定制备方法的空白。本实施例选择合理的工艺流程，通过对轧制、热处理、拉伸的控制达到细化组织、提高强度、韧性、耐蚀性和疲劳性能的目的。通过热处理温度的控制达到了使此种板材性能稳定的目的。本实施例制造的高性能铝合金厚板可应用于飞机、船泊、铁路、汽车制造业、制罐工业等多个领域。

Claims (10)

1.一种高性能铝合金厚板，其特征在于该铝合金厚板是按元素质量百分含量Si：1.5％～2.2％、Fe：0.9％～1.3％、Cu：2.2％～2.4％、Mn：1.7％～1.8％、Mg：1.6％～1.8％、Cr：0.8％～0.9％、Zn：1.9％～2.1％、余量Al的比例由铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭制成。
2.一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤进行：
一、按铝合金厚板中元素的质量百分含量Si：1.5％～2.2％、Fe：0.9％～1.3％、Cu：2.2％～2.4％、Mn：1.7％～1.8％、Mg：1.6％～1.8％、Cr：0.8％～0.9％、Zn：1.9％～2.1％、余量为Al的比例称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，在温度为820℃～835℃的条件下熔炼6h～9h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一的铝合金熔液在铸造温度为788℃～794℃、铸造速度为75mm/min～95mm/min、冷却水强度为0.35MPa～0.45MPa、冷却水温度为5℃～8℃的条件下采用半连续铸造法制成规格为520mm×1500mm的铝合金铸锭；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入热处理炉中加热至炉温为647℃～652℃，在定温647℃～652℃下加热4h～6h，转定温633℃～636℃下保温至金属温度595℃～605℃，进行均匀化退火处理；
四、将步骤三均匀化退火处理后的铝合金铸锭铣去表面的氧化皮后，放入到加热炉中加热，定温636℃保温7h～8h，转定温607℃，保温至铝合金铸锭的出炉温度为587℃～592℃；
五、将步骤四加热后的铝合金铸锭热轧成厚度为18.0mm～19.0mm，得到热轧板半成品；
六、将步骤五得到的热轧板半成品放入炉温为553℃～556℃的淬火炉中固溶，在定温553℃～556℃下加热56min～60min，然后保温43min～47min，再以31s～35s的转移时间进入13℃～16℃的水中冷却至水温，得到固溶板材A；
七、将步骤六得到的固溶板材A用热处理炉退火，在热处理炉定温417℃且金属温度为415℃～419℃的条件下保温6.5h～7h，得到退火板材A；
八、将步骤七得到的退火板材放入炉温为333℃～337℃的淬火炉中，在定温为333℃～337下加热23～29min，再保温41～46min，然后以26s～32s的转移时间进入8℃～11℃的水中冷却至水温，得到固溶板材B；
九、将步骤八得到的固溶板材B用热处理炉退火，在定温417℃且金属温度415℃～419℃的条件下保温6.5h～7h，得到退火板材B；
十、将步骤九得到的退火板材B用拉伸机进行拉伸，拉伸量为2.4％～2.7％，得到拉伸板材；
十一、将步骤十得到的拉伸板材放入热处理炉加热至133℃，然后在定温133℃且金属温度131℃～135℃的条件下保温10h～14h，然后转定温147℃且金属温度145℃～148℃的条件下保温2.5h～3h，再转定温156℃且金属温度154℃～158℃的条件下保温4h～6h，然后转定温85℃且金属温度85℃～87℃的条件下保温1.5h～2h，得到铝合金厚板。
3.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤一中按铝合金厚板中元素的质量百分含量Si：1.8％、Fe：1.1％、Cu：2.3％、Mn：1.8％、Mg：1.7％、Cr：0.8％、Zn：2.0％、余量为Al的比例称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、电解铜、镁锰中间合金、纯锌锭、铝铬中间合金、铝钛中间合金和铝锭。
4.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤一中在温度为830℃的条件下熔炼8h。
5.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤二中铸造温度为790℃、铸造速度为90mm/min、冷却水强度为0.40MPa、冷却水温度为7℃。
6.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤三热处理炉中加热至炉温为650℃，在定温650℃下加热5h，转定温635℃下保温至金属温度600℃。
7.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤四中加热炉中加热，定温636℃保温7h，转定温607℃，保温至铝合金铸锭的出炉温度为587℃～592℃。
8.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤五中加热后的铝合金铸锭热轧成厚度为19.0mm，得到热轧板半成品。
9.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤六中将热轧板半成品放入炉温为555℃的淬火炉中固溶，加热58min，然后在555℃下保温45min。
10.根据权利要求2所述的一种高性能铝合金厚板的制备方法，其特征在于步骤七中用热处理炉退火，热处理炉定温417℃且金属温度417℃的条件下保温7h。
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