CN109468556B - 一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明为一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺。一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，包括：(1)低温均匀化处理；(2)将低温均匀化处理后的5505合金板锭在430‑450℃下开轧；在第6‑15道次的轧制过程中，5505合金板锭温度不小于390℃；第16‑19道次的轧制过程中，将5505合金板锭的温度降至低于320℃；最终5505合金板锭的温度为230‑250℃；(3)将热轧处理后的5505合金板锭进行风冷处理，冷却至温度小于180℃。本发明所述的一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，以低温开轧为基础，依照再结晶温度(区间)分段制定热加工工艺；热轧完成后快速风冷并确保工件温度≤180℃，保证了Mg、Fe在合金中的成分和组织的均匀性，避免了Mg的偏聚行为，实现组织均匀化控制和表面均匀化控制。

Description

一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺

技术领域

本发明属于铝合金加工工艺领域，具体涉及一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺。

背景技术

镜面氧化用5505铝合金，以BSEN 573-3-2009为成分控制标准，依照按其对氧化成型能力要求的不同，主要有H24和H26两种使用状态，产品具有成型能力高、氧化均匀性好和氧化亮度高的特点，已经广泛应用于飞机、汽车、火车等公共交通及五金装饰领域。这一产品自本世纪初开始，就在北美及欧洲等发达国家的汽车、火车等交通工具上大量应用，并在2008年左右的产业变革中，随同其氧化处理工艺的输出，5505铝合金以指定采购或者委托加工等方式，通过贸易手段从美国、瑞典等铝合金原产地进入国内市场，并快速应用到国内生产的外资车、合资车及高端国产车的镜面氧化及五金装饰领域，国际目前唯一与这一产品的工艺及功能用法比较接近的产品，只有镜面氧化用5657铝合金和镜面氧化用1085铝合金，但是截至目前，5657和1085镜面铝的核心技术和产品市场，全部被德国安铝、美国美铝及肯连(瑞士)等了了几个跨国巨头公司所垄断，国内在这一产品上的研发和市场化方面，除新疆众和股份有限公司外，其他国内厂家或研究所，尚没有解决镜面氧化用5505铝合金在“板锭铸造+热加工技术+热处理技术+表面控制技术+镜面加工技术”这五个相互独立又相互影响的核心产品技术。

国外成熟的5505产品的热加工技术，使用以“1+3”热连轧机为特点的专业设备来实现产品的热加工，具有设备投资大、热加工成本高、设备通用性差的特点；且尚无证据表明国内任何铝加工企业或者研究单位具有成型的镜面氧化用5505铝合金的产品或者对应技术。

有鉴于此，本发明提出一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，该工艺为5505合金专用热加工工艺，在短短的20min的热轧轧制过程中同时实现了组织均匀化控制和表面均匀化控制，可在最大程度实现了表面均匀化和成分稳定化的同时，解决了原本单机架热轧机在热加工环节无法规避的Mg偏聚行为，且以国内常规的单机架热轧机为核心设备，设备通用性强，普通设备即可完成，还有能耗低的优点。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，包括以下步骤：

(1)低温均匀化处理：将5505合金板锭在470±5℃下，保温8h；

(2)热轧处理：将低温均匀化处理后的5505合金板锭在430-450℃下开轧，共轧制23道次；

在第6-15道次的轧制过程中，5505合金板锭温度不小于390℃；

第16-19道次的轧制过程中，将5505合金板锭的温度降至低于320℃；

最终轧制至5505合金板锭的温度为230-250℃；

(3)风冷处理：将热轧处理后的5505合金板锭进行风冷处理，冷却至温度小于180℃。

进一步的，所述的步骤(2)中，所述的第6-15道次的轧制过程中，采用等压下量分配的方法保持温度的稳定。

进一步的，所述的步骤(2)中，所述的第16-19道次的轧制过程中，采取大压下大冷却的方式，将5505合金板锭的温度降低。

进一步的，所述的步骤(3)中，风冷时间不超过4h。

再进一步的，所述的风冷时间为3-4h。

再进一步的，所述的风冷温度为150-180℃。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1、本发明为一种镜面氧化用5505铝合金热加工专用工艺，本工艺以目前国内最普通的单机架热轧机为设备基础，可以用来制备最尖端用法为镜面氧化的热加工坯料的工业化生产，也可以直接应用或者指导所有以阳极氧化处理为必要环节的5系合金的热加工坯料生产。

2、本发明是一种能够满足镜面氧化处理的5505铝合金的热加工工艺，是通过设定热轧开轧温度、依据组织再结晶状态制定的热加工制度、热轧时效工艺三个大的工艺设计原则。生产方法简单，可适用于国内所有类型的铝加工单机架热轧设备的工业化生产，生产成本低，产品表面特征最高能够满足镜面氧化为特征的所有铝合金阳极氧化处理需要，实用性广泛，生产及控制难度低，产品市场竞争力明显，经济效益显著。

3、本发明突破单机架热轧机在时效控制和组织(包括表面)控制上的原理性约束，使用国内最普通的单机架热轧机，实现了国外使用多机架热轧机才能实现的工艺功能，工艺细节控制合理可控，生产过程及产品特性稳定，适用于高端氧化类5系铝合金的工业化生产。

4、本发明采用“组织均匀化与界面均匀化联合设计”的方法，采用热加工过程特点温度段进行组织均匀化和时效处理的方法，解决了单机架热轧机在组织控制、界面控制、时效控三个方面无法统一设计与平衡的问题，是一种开创式的全新的工艺功能化实用设计。

5、本发明突破了单机架热轧机与多机架热轧机在工艺设计和功能设计上的巨大差异，从未发现任何铝加工企业或者研究单位有与本工艺原理与控制方法相关或者相近的研究报道。

附图说明

图1为氧化前的表面特征；

图2为氧化后的表面特征。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

在详细阐述本发明一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺之前，有必要对本发明中提及的方法等做进一步说明，以达到更好的效果。

镜面氧化用5505铝合金的相关关键技术：

(1)镜面氧化用5505铝合金的技术路线

以国外成熟的，以热连轧机为关键设备的镜面氧化用5505铝合金的技术路线如下：

a.镜面氧化用5505铝合金典型技术路线

镜面氧化用5505产品，因最终状态的不同，加工技术细节和侧重点上也有所不同，但整体而言，不管产品的最终状态是什么，镜面氧化用5505铝合金的技术路线都是一致的：板锭铸造、板锭均匀化与热加工、卷材热处理(均匀化热处理)、板锭冷加工、卷材镜面加工、卷材清洗、卷材热处理(稳定化热处理)、开板及成型、镜面氧化，等九个大的环节，整个产业的技术核心，集中在铸造技术、热加工技术、表面控制急速、板锭热处理技术、镜面加工等五个核心环节，具体而言，镜面氧化用5505铝合金产品的典型技术路线如下：

板锭铸造→→板锭锯切与铣面→→板锭均匀化→→热加工→→热处理→→冷轧→→镜面加工→→清洗→→版型拉娇→→热处理→→开板成型→→镜面氧化→→成品；

b.镜面氧化用5505铝合金核心质量及影响因素

镜面氧化用5505铝合金产品，具有两个明确的技术指标和一个核心质量要求，两个核心技术指标分别是：高的反光率(也就是亮度)和高的成型能力(也就是延伸率)。一个核心的质量要求是：不允许任何影响氧化成品表面均匀性和一致性的表面缺陷(如色差、划伤、暗影、砂眼等等)存在。影响产品亮度、成型能力和表面的无缺陷化控制的各项技术方法和控制措施，大多数都存在直接的反向作用，这种控制因素上的相互冲突与统一，是整个产品研发与稳定化的核心。

(2)以镜面氧化用5505铝合金产品的典型加工工艺流程为基础，影响产品质量的主要因素集中在如下几个方面：

a.板锭铸造技术

5505合金属是吕铝纯度≥99.90％的工业纯铝加镁变质后的高纯基5系合金板锭，需要在板锭铸造中同时解决相Mg的均匀化分布和组织均匀性(晶粒度)两个核心问题。Mg的极端活泼的元素特征决定了其在板锭铸造时的偏聚行为几乎无法避免，而Mg的偏聚行为则会直接导致成品物料镜面氧化时的氧化亮度和一致性；与此同时，以高纯铝(铝纯度≥99.90％)为基础下的Mg变质，对铸造时的组织均匀性控制技术提出严格要求，而控制合金板锭的组织均匀化的技术方法和防止Mg偏聚的技术方法之间，通常都存在不同程度的对立与冲突。

b.板锭热加工技术

5505铝合金产品的镜面氧化用途对热加工时的材料表面与界面提出特殊要求。铝合金的加工表面具有遗传性，镜面氧化的工艺特点决定了热加工过程必须严格控制界面均匀性(在进行均匀化的同时，特别规避Mg偏聚和氧化)，比如美国美铝通过热加工工序的多机架热连轧机(1+3热连轧机)来实现这一特殊工艺功能，如果没有热连轧机，而是目前国内最常用的单机架热轧机，则在均匀化(热处理)的基础上实现表面均匀性和防止Mg偏聚时可采取的工艺方法之间存在直接的工艺冲突。

c.热处理技术

就镜面氧化用5505产品的工艺设计而言，热处理技术在直接决定了物料最终成型能力的同时，也对成型后工件氧化工艺的选择及氧化后的工件亮度产生直接影响。更重要的是：热处理技术与整个物料加工工艺之间的相互制约与遗传关系，其中的板锭晶粒度控制、热加工的均匀化工艺(含时效)、成品状态与功能用法等，都会对5505铝合金的热处理结果造成直接或者间接影响，也最终导致热处理技术成为产品设计与开发的核心技术之一。

d.表面清洁化技术

氧化镜面的一个核心问题，就是物料的表面特征必须在阳极氧化后形成两个基本特征：高亮度和高的均匀性。其中前者指氧化后的镜面需具有足够的亮度，第二个则是指镜面本身不得存在任何形式的影响镜面均匀性和一致性的缺陷，如暗影、色差、划伤、砂眼等等所有肉眼可视非镜面特征，而后者的控制核心，则集中在加工表面的全流程的清洁化设计与控制技术上。

e.镜面加工技术

5505氧化镜面的镜面加工技术，立足于毛料的热加工技术和表面控制技术，并与轧制镜面所面对的镜面氧化工艺直接相关，这一技术起到承上启下的桥梁作用，简单而言，镜面加工技术，不但对镜面加工本身提出特殊要求，而且也对进入镜面加工前的毛料特征数据指标提出特定要求。

本发明采用470±5℃保温的均匀化退火工艺后，在430-450℃开始组织热轧轧制。在板锭温度接近390℃的完全再结晶温度前，采取等压下量分配的原则进行热轧轧制，并通过控制速度等方法保证板锭温度基本保持稳定；在板锭温度在320-390℃的回复再结晶温度区间，采取大压下大冷却的方式，快速将板锭温度降低至≤320℃；然后以控制热轧板中凸度、楔形及表面乳液斑等指标为指导完成热轧轧制；完成热轧轧制后，快速将物料转入风冷区采用强风冷却至热轧卷温度≤180℃。

在这种热加工工艺下，再配以同期配套发明的板锭铸造技术及过程热处理技术，所开发的产品表面能够满足包括镜面氧化在内的阳极氧化处理需求，并为产品进行热处理工艺的开发提供稳定的组织状态。

在了解了上述方法等之后，下面将结合具体实施例对本发明一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺做进一步的详细介绍：

实施例1.

设备要求：国内最普通的常规单机架热轧机。

具体操作步骤如下：

(1)低温均匀化处理：将5505合金板锭在470±5℃下，进行低温均匀化处理，保温8h。

(2)热轧处理：将低温均匀化处理后的5505合金板锭在430-450℃下低温开轧，采用连轧的方式，共轧制23道次(该过程仅需20min左右)。

从第6-15道次采取等压下分配绝对压下量的方法保证工件温度基本稳定，且工件温度≥390℃。

在轧制过程中，可以通过控制轧制速度来控制工件的温度。本发明通过采用等压下量分配的方法，可以保持温度的稳定，且工件温度≥390℃(5505合金板锭的完全再结晶温度为385℃左右)。5505合金中含有Mg、Fe，第6-15道次保证工件温度不小于390℃，且温度稳定，可以保证Mg、Fe在合金中的成分和组织的均匀性；还可以保证板型的稳定性。

从16-19道次采用大压下和大冷却的方法，快速将板锭温度控制到＜320℃。

采用大压下的方式轧制，即压下率较大，轧制过程中工件温度势必上升。为了避免该种情况，本发明提高冷却强度，即采用大冷却流量的方式。且采用大冷却流量的方式，快速将板锭温度降低至≤320℃(320-390℃为回复再结晶温度区间)，从而将Mg、Fe固定在合金中。

采用弯辊和速度控制等方法，在确保中凸度和楔形合格的前提下，将终轧温度控制到230-250℃。

本发明在6-15道次将温度稳定在≥390℃，可以将Mg、Fe均匀的分布在合金中，然后迅速降温，冷却至230-250℃，可以将Mg迅速的固定到合金中，从而保证Mg在合金中的成分和组织的均匀性，避免了Mg的偏聚行为，实现了组织均匀化控制和表面均匀化控制。

(3)风冷处理：热轧卷快速转入周转区并采用风机强冷4小时，保证热轧卷温度＜180℃。在这种热加工工艺下，并配以同期发明的过程热处理技术和镜面加工技术，在保证镜面加工成品表面无任何可视色差的同时，确保了镜面氧化后的产品也没有出现任何形式的可视色差。

通过风冷将合金迅速冷却到180℃之下，可以将Fe迅速的固定到合金中，从而保证Fe在合金中的成分和组织的均匀性。

优选的，风冷时间为3-4h，风冷温度为150-180℃。

采用本发明的镜面轧制成品氧化前后的微观表面特征(扫描电镜)如图1和图2所示。由图1和图2可知，镜面氧化后的产品也没有出现任何形式的可视色差，且表面均匀性无异物及划伤等缺陷。

采用本发明的镜面轧制成品的检测结果如表1所示。

表1

由表1可知，采用本发明的镜面轧制成品碱蚀前、腐蚀后都无可视色差，表面均匀性无异物、无划伤等缺陷，质量较好。

本发明采取470℃低温退火和来实现板锭的低温均匀化；以430-450℃低温开轧为基础，依照再结晶温度(区间)分段制定的热加工工艺；热轧完成后快速风冷并确保工件温度≤180℃，从而保证Mg、Fe在合金中的成分和组织的均匀性，避免了Mg的偏聚行为，实现了组织均匀化控制和表面均匀化控制。

以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种镜面氧化用5505铝合金的热加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)低温均匀化处理：将5505合金板锭在470±5℃下，保温8h；

(2)热轧处理：将低温均匀化处理后的5505合金板锭在430-450℃下开轧，共轧制23道次；

在第6-15道次的轧制过程中，采用等压下量分配的方法，使得5505合金板锭温度不小于390℃；

第16-19道次的轧制过程中，采取大压下大冷却的方式，将5505合金板锭的温度降至低于320℃；

最终轧制至5505合金板锭的温度为230-250℃；

(3)风冷处理：将热轧处理后的5505合金板锭进行风冷处理，冷却至温度小于180℃。

2.根据权利要求1所述的热加工工艺，其特征在于，其中，

所述的步骤(3)中，风冷时间不超过4h。

3.根据权利要求2所述的热加工工艺，其特征在于，其中，

所述的风冷时间为3-4h。

4.根据权利要求2所述的热加工工艺，其特征在于，其中，

所述的风冷温度为150-180℃。

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