CN108048682A - 一种提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明中的一种提高Al‑Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼Al‑Mn合金并添加纳米TiC颗粒孕育剂，分散后浇铸板坯；(2)铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为20‑90％；(3)铝合金轧板在320‑460℃进行稳定化热处理，空冷，热处理时间4‑24小时。本发明制备方法所得到的Al‑Mn合金含有大量均匀分布的纳米析出相；合金的高温强度大幅提高，并且热稳定性良好。300摄氏度的抗拉强度在75MPa以上，比常规工艺制备的Al‑Mn合金提高至少100％。本发明方法工艺简单、流程短，具有重要的工业应用价值。

Description

一种提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法
技术领域
本发明涉及Al-Mn合金板带材技术领域，具体涉及一种提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法。
背景技术
Al-Mn合金作为耐蚀性优异的变形铝合金，主要用于包装、热传输、电子元器件等领域。目前，热传输应用的发展趋势，特别是汽车轻量化和提高燃烧效率的需求，对Al-Mn合金的高温强度和热稳定性的要求不断提高。典型的Al-Mn(3003)合金作为不可热处理强化铝合金，依靠固溶强化，要经过均匀化热处理(如600摄氏度)再进行加工，无论其软化态(O态)还是硬化态(H态)，高温强度都较低，例如在300℃的抗拉强度均小于40MPa，不能满足不断发展的性能需求。因此，如何提高Al-Mn合金的高温强度及高温稳定性是生产应用中亟待解决的问题。近期有报道称，Al-Mn铸态合金进行长时间的均匀化热处理后形成大量纳米析出相，可以提高Al-Mn合金的高温强度。但由于铸造组织微观偏析，析出相分布并不均匀。另一方面，长时间均匀化热处理这一工序增加了工业生产周期及生产成本，并且其性能不能满足工业日益增长的性能要求。通过本发明的制备方法，不仅解决了该合金高温强度低的问题，而且省略了均匀化热处理工序，大幅降低了工业生产周期及生产成本，在生产及性能上均得到了意想不到的效果。通过该制备方法制备的Al-Mn合金，含有大量纳米析出相，且分布均匀；相比常规Al-Mn合金的高温强度提高至少100％，并且在较高的温度下具有优异的热稳定性。因此，本发明具有重要的工业应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，通过短流程制备方法提高Al-Mn合金高温强度及热稳定性，获得高温强度高、热稳定性好的Al-Mn合金板带材。300摄氏度的抗拉强度在75MPa以上，比常规工艺制备的Al-Mn合金提高至少100％，并且具有优异的热稳定性，在400摄氏度保温24小时后，300摄氏度的抗拉强度仍不小于70MPa。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，具体包括以下步骤：
(1)熔炼Al-Mn合金并添加纳米TiC颗粒孕育剂：按典型Al-Mn(3003)合金的成分配料，采用纳米TiC颗粒作为孕育剂，Al-Mn合金熔体经过机械搅拌1-2分钟、吹氩气净化1分钟、除渣后在750-870摄氏度保温，添加预热的纳米TiC颗粒孕育剂。纳米TiC颗粒添加量为熔体质量的0.1％-1.0％。经过机械搅拌、超声分散后保温，然后浇铸成铝合金板坯；
(2)铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为20-90％；
(3)铝合金轧板在320-460℃进行稳定化热处理，空冷，热处理时间4-24小时。
进一步地，采用典型Al-Mn(3003)合金的成分配比(质量百分比)：Mn含量为1.0-1.5％，Si含量不高于0.6％，Fe含量不高于0.7％，其余为铝。
进一步地，依据专利ZL 201110209567.6技术原位合成含有质量百分数30％纳米TiC颗粒的孕育剂，TiC颗粒的直径为60-90纳米。纳米TiC颗粒孕育剂在加入熔体前，需要预热处理，预热温度为500-600℃，加入熔体后机械搅拌1-6分钟，然后超声分散1-5分钟。
该发明的有益效果在于：本发明制备方法所得到的Al-Mn合金含有大量均匀分布的纳米析出相；合金的高温强度大幅提高，并且热稳定性好。300摄氏度的抗拉强度不小于75MPa，比常规工艺制备的Al-Mn合金提高至少100％，并且具有良好的热稳定性，在400摄氏度保温24小时后，300摄氏度的抗拉强度仍不小于70MPa。本发明的技术方案，通过添加纳米TiC颗粒孕育剂，结合应变诱发析出相形成，大幅提高了Al-Mn板带材的高温强度，并省去均匀化热处理环节，实现短流程工艺制备，制备的板材表面质量好、边缘无明显裂纹，具有重要的工业应用价值。
附图说明
图1为实施例1至4以及常规方法制备的Al-Mn合金在300℃拉伸的应力应变曲线；
图2为实施例4的纳米弥撒相的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本发明的具体内容；
实施例1：
本实施例中的提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、合金的熔炼并添加纳米TiC颗粒：按金属元素的质量百分比，Mn含量为1.2％，Si含量为0.5％，其余为铝。Al-Mn合金熔体经过机械搅拌1-2分钟、吹高纯氩气净化1分钟、除渣后在800摄氏度保温20-30分钟，添加520摄氏度预热的1.0％的纳米TiC颗粒孕育剂，机械搅拌3分钟、超声分散1分钟后，保温10分钟，然后浇铸成铝合金板坯。
步骤二、铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为20％。
步骤三、铝合金轧板在320℃进行稳定化热处理，保温24小时后空冷。
实施例1在300℃拉伸的应力应变曲线见图1；获得的Al-Mn合金板材得到较好的高温力学性能，且高温稳定性能较好，在300℃抗拉强度为79MPa，相比常规工艺制备的板材提高了100％以上，在400摄氏度保温24小时后，在300摄氏度的抗拉强度为77MPa，说明其具有很好的热稳定性。
实施例2：
本实施例中的提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，包括以下步骤：
步骤一、合金的熔炼并添加纳米TiC颗粒：按金属元素的质量百分比，Mn含量为1.2％，Si含量为0.5％，其余为铝。Al-Mn合金熔体经过机械搅拌1-2分钟、吹高纯氩气净化1分钟、除渣后在800摄氏度保温20-30分钟，添加520摄氏度预热的0.5％的纳米TiC颗粒孕育剂，机械搅拌3分钟、超声分散1分钟后，保温10分钟，然后浇铸成铝合金板坯。
步骤二、铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为40％。
步骤三、铝合金轧板在380℃进行稳定化热处理，保温20小时后空冷。
实施例2在300℃拉伸的应力应变曲线见图1；获得的Al-Mn合金板材得到较好的高温力学性能，且高温稳定性能较好，在300℃抗拉强度为83MPa，相比常规工艺制备的板材提高了100％以上，在400摄氏度保温24小时后，在300摄氏度的抗拉强度为77MPa，说明其具有很好的热稳定性。
实施例3：
本实施例中的提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，包括以下步骤：
步骤一、合金的熔炼并添加纳米TiC颗粒：按金属元素的质量百分比，Mn含量为1.2％，Si含量为0.5％，其余为铝。Al-Mn合金熔体经过机械搅拌1-2分钟、吹高纯氩气净化1分钟、除渣后在800摄氏度保温20-30分钟，添加600摄氏度预热的0.2％的纳米TiC颗粒孕育剂，机械搅拌3分钟、超声分散1分钟后，保温10分钟，然后浇铸成铝合金板坯。
步骤二、铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为60％。
步骤三、铝合金轧板在380℃进行稳定化热处理，保温12小时后空冷。
实施例3在300℃拉伸的应力应变曲线见图1；获得的Al-Mn合金板材得到较好的高温力学性能，且高温稳定性能较好，在300℃抗拉强度为83MPa，相比常规工艺制备的板材提高了100％以上，在400摄氏度保温24小时后，在300摄氏度的抗拉强度为77MPa，说明其具有很好的热稳定性。
实施例4：
本实施例中的提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，包括以下步骤：
步骤一、合金的熔炼并添加纳米TiC颗粒：按金属元素的质量百分比，Mn含量为1.2％，Si含量为0.5％，其余为铝。Al-Mn合金熔体经过机械搅拌1-2分钟、吹高纯氩气净化1分钟、除渣后在800摄氏度保温20-30分钟，添加520摄氏度预热的0.2％的纳米TiC颗粒孕育剂，机械搅拌3分钟、超声分散1分钟后，保温10分钟，然后浇铸成铝合金板坯。
步骤二、铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为90％。
步骤三、铝合金轧板在400℃进行稳定化热处理，保温12小时后空冷。
实施例4在300℃拉伸的应力应变曲线见图1；获得的Al-Mn合金板材得到较好的高温力学性能，且高温稳定性能较好，在300℃抗拉强度为78MPa，相比常规工艺制备的板材提高了100％以上，在400摄氏度保温24小时后，在300摄氏度的抗拉强度为73MPa，说明其具有很好的热稳定性。图2为实施例4的纳米析出相的透射电子显微镜照片。

Claims (3)

1.一种提高Al-Mn变形铝合金高温强度的短流程制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)熔炼Al-Mn合金并添加纳米TiC颗粒孕育剂：按典型Al-Mn(3003)合金的成分配料，采用纳米TiC颗粒作为孕育剂，Al-Mn合金熔体经过机械搅拌1-2分钟、吹氩气净化1分钟、除渣后在750-870摄氏度保温，添加预热的纳米TiC颗粒孕育剂。纳米TiC颗粒添加量为熔体质量的0.1％-1.0％。经过机械搅拌、超声分散后保温，然后浇铸成铝合金板坯；
(2)铸态铝合金板坯进行冷轧，轧制总压下量为20-90％；
(3)铝合金轧板在320-460℃进行稳定化热处理，空冷，热处理时间4-24小时。
2.根据权利要求1所述的改善Al-Mn变形铝合金性能的短流程制备方法，其特征在于：依据专利ZL 201110209567.6技术原位合成含有质量百分数30％纳米TiC颗粒的孕育剂，TiC颗粒的直径为60-90纳米；纳米TiC颗粒孕育剂在加入熔体前，需要预热处理，预热温度为500-600℃，加入熔体后机械搅拌1-6分钟，然后超声分散1-5分钟。
3.根据权利要求1所述的改善Al-Mn变形铝合金性能的短流程制备方法，其特征在于：采用金属型模具浇铸，铝合金板坯厚度小于24毫米。
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