CN110369505B - 一种提高6xxx铝合金卷材机械性能的复合制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，将固溶时效处理的6XXX铝合金卷材放入深冷箱中，采用冷却氮气冷却，温度为‑110～‑90℃，开启深冷轧辊，控制轧辊的温度在‑110～‑90℃，将被均匀冷却的6XXX铝合金卷材进行深冷轧制，将深冷轧制的6XXX铝合金卷材再次放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，重复直到整个轧制压下率达到70～90％，将轧制的6XXX铝合金卷材在加热炉中进行时效处理，时效处理温度控制在95～125℃，保温时间为12‑40个小时，本发明通过‑100℃左右深冷轧制+低温时效处理，在降低时效处理温度、节约深冷处理能耗、降低制造成本的同时提高了材料强度，制备得到的6XXX铝合金带材的机械性能超过了超低温深冷轧制与室温冷轧制备的合金带材。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法。
背景技术
6XXX铝合金是汽车上使用最多的铝合金。然而，由于目前6XXX铝合金的强度与6XXX合金的时效处理工艺直接相关。一般情况下采用150℃至200℃温度范围内进行长时间的时效处理。由于时效处理温度较高，时间非常长，如果能够降低时效处理温度，对于节能省耗具有重要的经济意义。
与此同时，超细晶6XXX铝合金材料具有非常好的强度，在汽车轻量化上应用具有非常重要的意义。对于强度要求相同的部件，当材料强度提高，我们就可以降低材料的厚度。然而，目前市场上主要的6xxx铝合金均为热轧或者冷轧板，其强度并不是非常的高。虽然热轧和冷轧6XXX铝合金带材已经应用于汽车上，但是，为了保障汽车的强度需求，通常采用的铝合金带材厚度超过钢带的厚度，这制约了汽车重量的最大轻量化。提高6XXX铝合金带材的强度，实现带材厚度进一步降低是今后汽车轻量化的必然过程。
深冷轧制可以用来制备超细晶铝合金带材。传统人们认为轧制温度越低，材料晶粒尺寸越细小，根据Hall-Petch公式，材料的强度越高。因而，传统深冷轧制过程中，一般采用尽可能低的轧制温度，比如-190℃左右的深冷轧制制备超细晶铝合金带材。特别是对于某些纯金属材料，比如铜，当总轧制压下率较大的情况下，其会发生软化，从而随着厚度降低，其轧制温度越低才能够有效避免轧制软化现象(工业纯铜极薄带轧件的微尺度效应，金属热处理，2018)。然而，深冷温度越低，能耗越大。因而，如果能够适当地提高深冷温度对于能源节省具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，通过-100℃左右深冷轧制+低温时效处理，在降低时效处理温度、节约深冷处理能耗、降低制造成本的同时提高了材料强度，制备得到的6XXX铝合金带材的机械性能超过了超低温深冷轧制与室温冷轧制备的合金带材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，包括：
第一步：将固溶时效处理的6XXX铝合金卷材放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-110℃～-90℃，实现6XXX铝合金卷材被均匀冷却至设定温度；
第二步：开启深冷轧辊，控制轧辊的温度在-110℃～-90℃，将被均匀冷却至设定温度的6XXX铝合金卷材进行深冷轧制，轧制道次压下率控制在8％～12％；
第三步：将深冷轧制的6XXX铝合金卷材再次放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-110℃～-90℃；
重复第二步和第三步，直到整个轧制压下率达到70～90％；
第四步：将轧制的6XXX铝合金卷材在加热炉中进行时效处理，时效处理温度控制在95～125℃，保温时间为12-40个小时。
所述6XXX铝合金卷材的原料厚度为4-8mm。
所述深冷轧辊为带有内通道的通气轧辊，通过冷却氮气进行循环冷却。
所述第一步和第三步的深冷箱分别设置在深冷轧辊入口侧和出口侧，6XXX 铝合金卷材通过卷取机在入口侧深冷箱与出口侧深冷箱之间往复运动。
所述卷取机带有保温保护。
与现有技术相比，本发明提高了现有深冷轧制的温度，降低了时效处理温度，从而同时降低了深冷能耗和时效处理能耗，大大节约了成本，且最终得到的6XXX铝合金带材具有更优异的机械力学性能，实现了带材轻量化制备，该带材在汽车轻量化等行业具有工业应用前景。
附图说明
图1是本发明制备方法的一种较好实现方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，主要原理为有效地结合细晶强化与析出强化实现6XXX铝合金带材性能强化。在-100℃左右进行深冷轧制，实现6XXX铝合金晶粒尺寸细化，同时，避免温度过低6XXX 铝合金中的原生夹杂物变脆而在轧制变形过程中形成微裂纹源。同时，在 95～125℃进行时效处理，有效地保障深冷轧制变形产生的超细晶结构不发生再结晶行为，但是，降低铝合金中的位错密度，实现在超细晶基体中产生大量的析出物，实现6XXX铝合金材料综合性能大幅提高。
试验结果证实，本发明6XXX铝合金在-100℃左右进行深冷轧制并进行低温时效后实现6XXX铝合金材料机械性能的最优化。因而，可以制备出比目前汽车板厚度更薄的高性能6XXX铝合金带材，可以减少材料时效处理阶段的能耗，图1示出了本发明的一种具体的、较好的实现形式，具体包括：
第一步：采用固溶时效处理的6XXX铝合金卷材1为原料，原料厚度为 4-8mm，原料长度与宽度根据产品需求可进行调整。
第二步：将原料卷材放入深冷箱2中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-110℃～-90℃，冷却时间根据铝合金卷材的体积进行调整，原料卷材被均匀冷却至设定温度得到深冷处理的6XXX铝合金卷材3，冷却时间长短与原料卷材厚度、长度、宽度成正比。
第三步：将深冷处理的6XXX铝合金卷材3设置于左侧带有保温装置的卷取机4上，由导辊引至左侧过渡深冷箱5保持设定温度，再经过深冷轧辊7，其中深冷轧辊7上带有冷却氮气循环通道6，通过冷却氮气进行循环冷却，控制轧辊温度为-110℃～-90℃。
第四步：取出深冷轧制的6XXX铝合金卷材9，由导辊引至右侧过渡深冷箱8保持设定温度，并安装在带有保温保护的左侧卷取机10上，然后，返回利用深冷轧辊7再次进行深冷轧制，轧制道次压下率控制在8％～12％。
重复第三步和第四步，直到整个轧制压下率达到70～90％。
第五步：将轧制的6XXX铝合金卷材，在时效处理炉11中进行时效处理，时效处理温度控制在95～125℃，保温时间为12-40个小时。
取出时效处理的6XXX铝合金卷材12，该材料的强度与韧性超过室温冷轧和超低温深冷轧制制备的6XXX铝合金材料，其抗拉强度达到380MPa以上，延伸率达到20％以上。
利用上述流程制备高性能6061铝合金卷材，原料厚度为4mm，设定温度为 -100℃，轧制道次压下率控制在10％，整个轧制压下率达到80％，时效处理温度120℃，保温时间30个小时。
采用上述工艺制备的6061铝合金带材抗拉强度达到385MPa，延伸率达到 24％。相同时效工艺情况下，采用室温轧制的材料强度为330MPa，延伸率23％。采用-190℃进行深冷轧制的材料强度为345MPa，延伸率为23％。
Claims (5)
1.一种提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将固溶时效处理的6XXX铝合金卷材放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-110℃～-90℃，实现6XXX铝合金卷材被均匀冷却至设定温度；
第二步：开启深冷轧辊，控制轧辊的温度在-110℃～-90℃，将被均匀冷却至设定温度的6XXX铝合金卷材进行深冷轧制，轧制道次压下率控制在8％～12％；
第三步：将深冷轧制的6XXX铝合金卷材再次放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-110℃～-90℃；
重复第二步和第三步，直到整个轧制压下率达到70～90％；
第四步：将轧制的6XXX铝合金卷材在加热炉中进行时效处理，时效处理温度控制在95～125℃，保温时间为12-40个小时。
2.根据权利要求1所述提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，其特征在于，所述6XXX铝合金卷材的原料厚度为4-8mm。
3.根据权利要求1所述提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，其特征在于，所述深冷轧辊为带有内通道的通气轧辊，通过冷却氮气进行循环冷却。
4.根据权利要求1所述提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，其特征在于，所述第一步和第三步的深冷箱分别设置在深冷轧辊入口侧和出口侧，6XXX铝合金卷材通过卷取机在入口侧深冷箱与出口侧深冷箱之间往复运动。
5.根据权利要求4所述提高6XXX铝合金卷材机械性能的复合制备方法，其特征在于，所述卷取机带有保温保护。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |