CN108546858A - 一种7xxx系铝合金板材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种7xxx系铝合金板材，各成分为：Mg＝1.7～1.9％，Zn＝5.0～6.5％，Cu＝0.25～0.40％，Fe≤0.10％，Si≤0.06％，Mn≤0.01％，Zr≤0.01％，Cr≤0.01％，Ti＝0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的元素。其制备方法：(1)熔炼；(2)除气、过滤；(3)铸造；(4)均热处理；(5)锯切、铣面；(6)预热、热轧；(7)切边及横刀开卷；(8)固溶淬火；(9)拉伸；(10)时效；(11)锯切，得到铝合金板材成品。本发明制备所得铝合金板材表面硬度≥150HV，阳极氧化后表面无料纹，颜色接近铝金属本色，可广泛用于IT外观结构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金板材及其制备工艺，特别涉及一种7xxx系铝合金板材及其制备工艺。
背景技术
纯铝中添加不同元素铸造成不同系列的铝合金，主要有1xxx系纯铝、2xxx系Al-Cu合金、3xxx系Al-Mn合金、4xxx系Al-Si合金、5xxx系Al-Mg合金、6xxx系Al-Mg-Si合金、7xxx系Al-Zn-Mg与Al-Zn-Mg-Cu合金。铝合金的常规力学性能随着合金种类、状态以及各个添加元素含量的不同，其抗拉强度可在50～800MPa之间变化，其屈服强度可在10～700MPa之间变化，延伸率可在2％～50％之间变化。由于1xxx系、3xxx系强度偏低，2xxx系阳极氧化效果不理想，4xxx系加工性与表面色泽较差，目前应用较多的是5xxx系及6xxx铝合金，6xxx系变形铝合金在以上几个特性中均具有较好表现，是目前在IT产品上使用最广泛的变形铝合金。
随着IT市场更加追求产品的轻薄美观度，这对铝制品外壳材料提出了更高的要求，尤其是抗跌落及抗折弯变形性能，在强度低于400Mpa的情况下，外壳抗跌落及抗折弯变形测试的不合格率较高，传统的6xxx变形铝合金难以达到该要求。7xxx系铝合金的抗拉强度及屈服强度可达到400Mpa以上，维氏硬度在135以上，部分合金的力学指标接近于钢铁，跌落与抗折弯实验效果理想，于是苹果、MOTO等公司的高端手机外壳材料转向被应用在航空领域的7xxx系铝合金。
然而，现有技术制备的7xxx系铝合金板材普遍具有以下缺点：(1)阳极氧化处理后表面缺陷较多、氧化膜强度不足；(2)难同时满足高强度与高表面美观度的要求。因此，开发出高表面美观度、高强度的IT外观结构件用新型铝合金材料产品，有效降低IT产品的重量，已成为促进国内高端铝加工产品发展的方向之一。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种7xxx系铝合金板材及其制备方法，旨在克服现有技术中制备所得7xxx系铝合金板材阳极氧化处理后表面缺陷较多、氧化膜强度不足、难同时满足高强度与高表面美观度的要求的缺陷。
本发明的铝合金板材厚度为3-15mm，表面硬度≥150HV；材质表里一致，没有料纹，阳极氧化后色泽均匀并接近纯铝金属本色。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种7xxx系铝合金板材，按质量百分数计，所述铝合金板材由以下元素成分制成：Mg＝1.7～1.9％，Zn＝5.0～6.5％，Cu＝0.25～0.40％，Fe≤0.10％，Si≤0.06％，Mn≤0.01％，Zr≤0.01％，Cr≤0.01％，Ti＝0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的元素，每种不可避免的其他元素都低于0.03％且总量小于0.10％。
一种如上所述的7xxx系铝合金板材的制备方法，包含以下操作步骤：
(1)熔炼：按质量百分数计，制取合金以下元素成分：Mg＝1.7～1.9％，Zn＝5.0～6.5％，Cu＝0.25～0.40％，Fe≤0.10％，Si≤0.06％，Mn≤0.01％，Zr≤0.01％，Cr≤0.01％，Ti＝0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的其他元素，每种不可避免的其他元素都低于0.03％且总量小于0.10％；根据上述合金成分计算，将各种原料混合进行熔炼，得到铝液；
(2)除气、过滤：将步骤(1)中所得铝液进行除气，然后过滤除去铝液中的不熔物；
(3)铸造：将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，得到铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)中所得铸锭置于均热炉中进行均匀化处理；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中均热处理后所得铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
(6)预热、热轧：将步骤(5)中锯切、铣面后所得铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热后将铸锭热轧成厚度为3～15mm的板材或卷材；
(7)切边及横刀切板：将步骤(6)中所得板材或卷材自然冷却，进行切边及横刀切板，即板材切边处理后再横刀切成短的板材，卷材进行开卷、切边、矫直后再横刀切成板材；
(8)固溶淬火：将步骤(7)处理后所得板材进行固溶处理，然后在水中进行淬火，得到淬火后的板材；
(9)拉伸：将步骤(8)中淬火后所得板材在拉伸机上进行拉伸，拉伸量为0.5～3.5％；
(10)时效：将步骤(9)中拉伸后所得板材进行时效处理；
(11)锯切：使用锯床锯切步骤(10)中时效处理后所得板材，得到铝合金板材成品。
进一步的，步骤(1)中所述的熔炼为加热至710～760℃，使物料熔化，保温3～7h，得到铝液。
进一步的，步骤(3)中所述的铸造为将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为320～620mm的铸锭。
进一步地，步骤(4)中所述的均热处理的温度为450～500℃，保温10～50h，然后冷却至室温。
进一步的，步骤(6)中所述的预热的温度为420～500℃，时间为5～25h；热轧终轧温度220～340℃。
进一步地，步骤(8)中所述固溶的温度为450～500℃，保温时间为5～120min。
进一步地，步骤(10)中所述时效处理的温度为110～140℃，保温时间为10～30h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过优化铝合金成分，控制Mn、Cr、Zr、Fe、Si等元素的含量，减少合金在阳极氧化过程中各种缺陷的产生，调整铝合金中Mg、Zn和Cu元素的质量百分数，使其在合金中形成强化相，提高产品的强度和硬度；
(2)本发明采用拉伸机消减残余应力，减少后续加工中因内应力导致的变形倾向；
(3)本发明制备所得铝合金板材厚度为3～15mm，表面硬度≥150HV，阳极氧化后表面无料纹，颜色接近铝金属本色，可广泛用于IT外观结构件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种7xxx系铝合金板材的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：按质量百分数计，制取合金以下元素成分：Mg＝1.87％，Zn＝5.63％，Cu＝0.33％，Fe＝0.09％，Si＝0.03％，Mn＝0.002％，Zr＝0.0003％，Cr＝0.0005％，Ti＝0.026％，余量为Al和不可避免的其他元素，每种不可避免的其他元素都低于0.01％且总量小于0.05％；根据上述合金成分计算，将各种原料混合进行熔炼，即加热至760℃，使物料熔化，保温3h，得到铝液；
(2)除气、过滤：将步骤(1)中所得铝液进行除气，然后过滤除去铝液中的不熔物；
(3)铸造：将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为620mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)中所得铸锭置于均热炉中进行均匀化处理，均热处理的温度为470℃，保温50h，然后冷却至室温；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中均热处理后所得铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
(6)预热、热轧：将步骤(5)中锯切、铣面后所得铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为500℃，时间为5h，预热后将铸锭热轧成厚度为15mm的板材，热轧终轧温度340℃；
(7)切边及横刀切板：将步骤(6)中所得板材自然冷却，板材切边处理后再横刀切成短的板材；
(8)固溶淬火：将步骤(7)处理后所得板材进行固溶处理，固溶温度为450℃，保温时间为120min，然后在水中进行淬火，得到淬火后的板材；
(9)拉伸：将步骤(8)中淬火后所得板材在拉伸机上进行拉伸，拉伸量为3.5％；
(10)时效：将步骤(9)中拉伸后所得板材进行时效处理，时效处理温度为110℃，保温时间为30h；
(11)锯切：使用锯床锯切步骤(10)中时效处理后所得板材，得到铝合金板材成品；根据GB/T4340.1-2009金属材料维氏硬度进行测试，得到板材表面硬度为156HV，阳极氧化后表面无料纹，颜色接近铝金属本色的铝合金板。
实施例2
一种7xxx系铝合金板材的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：按质量百分数计，制取合金以下元素成分：Mg＝1.79％，Zn＝5.93％，Cu＝0.27％，Fe＝0.08％，Si＝0.04％，Mn＝0.004％，Zr＝0.0002％，Cr＝0.0003％，Ti＝0.022％，余量为Al和不可避免的其他元素，每种不可避免的其他元素都低于0.01％且总量小于0.05％；根据上述合金成分计算，将各种原料混合进行熔炼，即加热至750℃，使物料熔化，保温6h，得到铝液；
(2)除气、过滤：将步骤(1)中所得铝液进行除气，然后过滤除去铝液中的不熔物；
(3)铸造：将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为320mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)中所得铸锭置于均热炉中进行均匀化处理，均热处理的温度为500℃，保温10h，然后冷却至室温；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中均热处理后所得铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
(6)预热、热轧：将步骤(5)中锯切、铣面后所得铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为470℃，时间为15h，预热后将铸锭热轧成厚度为3mm的卷材，热轧终轧温度220℃；
(7)切边及横刀切板：将步骤(6)中所得卷材自然冷却，然后进行开卷、切边、矫直后再横刀切成板材；
(8)固溶淬火：将步骤(7)处理后所得板材进行固溶处理，固溶温度为500℃，保温时间为5min，然后在水中进行淬火，得到淬火后的板材；
(9)拉伸：将步骤(8)中淬火后所得板材在拉伸机上进行拉伸，拉伸量为0.5％；
(10)时效：将步骤(9)中拉伸后所得板材进行时效处理，时效处理温度为130℃，保温时间为20h；
(11)锯切：使用锯床锯切步骤(10)中时效处理后所得板材，得到铝合金板材成品；根据GB/T4340.1-2009金属材料维氏硬度进行测试，得到板材表面硬度为160HV，阳极氧化后表面无料纹，颜色接近铝金属本色的铝合金板。
实施例3
一种7xxx系铝合金板材的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：按质量百分数计，制取合金以下元素成分：Mg＝1.9％，Zn＝6.1％，Cu＝0.29％，Fe＝0.07％，Si＝0.04％，Mn＝0.0018％，Zr＝0.0003％，Cr＝0.0006％，Ti＝0.024％，余量为Al和不可避免的其他元素，每种不可避免的其他元素都低于0.01％且总量小于0.05％；根据上述合金成分计算，将各种原料混合进行熔炼，即加热至760℃，使物料熔化，保温5h，得到铝液；
(2)除气、过滤：将步骤(1)中所得铝液进行除气，然后过滤除去铝液中的不熔物；
(3)铸造：将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为420mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)中所得铸锭置于均热炉中进行均匀化处理，均热处理的温度为450℃，保温35h，然后冷却至室温；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中均热处理后所得铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
(6)预热、热轧：将步骤(5)中锯切、铣面后所得铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为420℃，时间为25h，预热后将铸锭热轧成厚度为10mm的卷材，热轧终轧温度300℃；
(7)切边及横刀切板：将步骤(6)中所得卷材自然冷却，然后进行开卷、切边、矫直后再横刀切成板材；
(8)固溶淬火：将步骤(7)处理后所得板材进行固溶处理，固溶温度为450℃，保温时间为60min，然后在水中进行淬火，得到淬火后的板材；
(9)拉伸：将步骤(8)中淬火后所得板材在拉伸机上进行拉伸，拉伸量为2.5％；
(10)时效：将步骤(9)中拉伸后所得板材进行时效处理，时效处理温度为140℃，保温时间为10h；
(11)锯切：使用锯床锯切步骤(10)中时效处理后所得板材，得到铝合金板材成品；根据GB/T4340.1-2009金属材料维氏硬度进行测试，得到板材表面硬度为163HV，阳极氧化后表面无料纹，颜色接近铝金属本色的铝合金板。
实施例4
一种7xxx系铝合金板材的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：按质量百分数计，制取合金以下元素成分：Mg＝1.83％，Zn＝5.92％，Cu＝0.31％，Fe＝0.07％，Si＝0.04％，Mn＝0.0016％，Zr＝0.0004％，Cr＝0.0005％，Ti＝0.019％，余量为Al和不可避免的其他元素，每种不可避免的其他元素都低于0.01％且总量小于0.05％；根据上述合金成分计算，将各种原料混合进行熔炼，即加热至710℃，使物料熔化，保温7h，得到铝液；
(2)除气、过滤：将步骤(1)中所得铝液进行除气，然后过滤除去铝液中的不熔物；
(3)铸造：将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为520mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)中所得铸锭置于均热炉中进行均匀化处理，均热处理的温度为480℃，保温30h，然后冷却至室温；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中均热处理后所得铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
(6)预热、热轧：将步骤(5)中锯切、铣面后所得铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为450℃，时间为20h，预热后将铸锭热轧成厚度为6mm的卷材，热轧终轧温度240℃；
(7)切边及横刀切板：将步骤(6)中所得卷材自然冷却，然后进行开卷、切边、矫直后再横刀切成板材；
(8)固溶淬火：将步骤(7)处理后所得板材进行固溶处理，固溶温度为470℃，保温时间为30min，然后在水中进行淬火，得到淬火后的板材；
(9)拉伸：将步骤(8)中淬火后所得板材在拉伸机上进行拉伸，拉伸量为1.5％；
(10)时效：将步骤(9)中拉伸后所得板材进行时效处理，时效处理温度为120℃，保温时间为25h；
(11)锯切：使用锯床锯切步骤(10)中时效处理后所得板材，得到铝合金板材成品；根据GB/T4340.1-2009金属材料维氏硬度进行测试，得到板材表面硬度为160HV，阳极氧化后表面无料纹，颜色接近铝金属本色的铝合金板。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (8)
1.一种7xxx系铝合金板材，其特征在于，按质量百分数计，所述铝合金板材由以下元素成分制成：Mg＝1.7～1.9％，Zn＝5.0～6.5％，Cu＝0.25～0.40％，Fe≤0.10％，Si≤0.06％，Mn≤0.01％，Zr≤0.01％，Cr≤0.01％，Ti＝0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的元素，每种不可避免的其他元素都低于0.03％且总量小于0.10％。
2.一种如权利要求1所述的7xxx系铝合金板材的制备方法，其特征在于，包含以下操作步骤：
(1)熔炼：按质量百分数计，制取合金以下元素成分：Mg＝1.7～1.9％，Zn＝5.0～6.5％，Cu＝0.25～0.40％，Fe≤0.10％，Si≤0.06％，Mn≤0.01％，Zr≤0.01％，Cr≤0.01％，Ti＝0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的其他元素；根据上述合金成分计算，将各种原料混合进行熔炼，得到铝液；
(2)除气、过滤：将步骤(1)中所得铝液进行除气，然后过滤除去铝液中的不熔物；
(3)铸造：将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，得到铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)中所得铸锭进行均匀化处理；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中均热处理后所得铸锭进行锯切和铣面；
(6)预热、热轧：将步骤(5)中锯切、铣面后所得铸锭进行预热，预热后将铸锭热轧成板材或卷材；
(7)切边及横刀切板：将步骤(6)中所得板材或卷材进行切边及横刀切板；
(8)固溶淬火：将步骤(7)处理后所得板材进行固溶处理，然后在水中进行淬火，得到淬火后的板材；
(9)拉伸：将步骤(8)中淬火后所得板材进行拉伸，拉伸量为0.5～3.5％；
(10)时效：将步骤(9)中拉伸后所得板材进行时效处理；
(11)锯切：锯切步骤(10)中时效处理后所得板材，得到铝合金板材成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的熔炼为加热至710～760℃，使物料熔化，保温3～7h，得到铝液。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的铸造为将步骤(2)中除气过滤后所得铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为320～620mm的铸锭。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的均热处理的温度为450～500℃，保温10～50h，然后冷却至室温。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述的预热的温度为420～500℃，时间为5～25h；热轧终轧温度220～340℃。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(8)中所述固溶的温度为450～500℃，保温时间为5～120min。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(10)中所述时效处理的温度为110～140℃，保温时间为10～30h。
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