CN110699576A

CN110699576A - 一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺

Info

Publication number: CN110699576A
Application number: CN201911014889.8A
Authority: CN
Inventors: 任月路; 赵启忠; 何建贤; 杨鸿驰; 朱希一; 黄亮; 韦修勋; 赵启淞
Original assignee: Gaungxi Nannan Aluminum Processing Co Ltd
Current assignee: Gaungxi Nannan Aluminum Processing Co Ltd
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: CN110699576B

Abstract

本发明公开了本发明提供一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，涉及材料加工技术领域，该工艺在原有的工艺基础上，对工艺进行优化，引入了固溶淬火、三级拉伸以及双级时效热处理的步骤以及合理的步骤工艺参数，形成了主要包括配料、熔炼、铸造、均匀化热处理、机加工处理、固溶淬火、三级拉伸、双级时效热处理、机加工处理的新工艺，解决了现有工艺下铝合金精密铸造板内应力释放不完全而产生加工变形以及强度不足的问题，通过本发明的工艺，能够获得不易加工变形、强度高的高强铝合金精密铸造板。

Description

一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺。

背景技术

铝合金精密铸造板因为密度小、热导率高、可切削性优异、电导率大、高回收率以及铸造板尺寸精度高等优点，目前被广泛应用于交通运输、机械电子、工模具、精密仪器等领域。

现有常规铝合金精密铸造板主要为5系和6系铝合金铸造板，如5083和6061等牌号的铝合金精密铸造板，通过熔炼、铸造、均热、机械加工(锯切、铣面，有时还包括有分切)等获得，铝合金铸造板在铸造状态下具有特定的冶金组织和相当理想的应力释放，因而经高速切削加工后几乎不发生变形和扭曲，铸造产品特定的晶粒组织晶粒匀称且均匀分布，相比于轧制产品组织沿轧制方向呈一定纤维状分布，铸造板具有较好的机加工性能和阳极氧化氧化效果。

但现有常规铝合金精密铸造板也有一定的缺点，如一是需要长时间中低温均匀化热处理及精确控制升温和降温速率，控制不当，容易导致内应力释放不完全而产生加工变形；二是铸造板整体强度较低，如生产6061等6系铝合金铸造淬火板，其属于中等强度，无法满足客户对高强度精密仪器和工模具的要求，严重限制了铝合金精密铸造板在高强度领域的发展空间。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，能够解决现有铝合金精密铸造板内应力释放不完全而产生加工变形和铸造板强度不足的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，包括有以下步骤：

S1、配料：按照以下重量百分比进行配料：Zn＝5.1-6.9％、Mg＝1.9-2.9％、Cu＝1.2-2.6％、Si≤0.4％、Fe≤0.5％、Mn≤0.30％、Cr≤0.28％、Ti≤0.20％、Zr≤0.25％，其余量为Al及不可避免的杂质；

S2、熔炼、铸造：按上述配料进行熔炼、铸造，以铸造出铸锭；

S3、均匀化热处理：将铸锭进行均匀化热处理以降低内应力；

S4、机加工处理：对铸锭进行机械加工，以获得厚度小于等于200mm的板材；

S5、固溶淬火：将机加工后的板材进行固溶淬火，升温至440-490℃，料温升温速度为15-100℃/min，保温为15-300min，保温结束后快速水冷或风冷至室温；

S6、拉伸：对淬火板材进行三级拉伸，第一级拉伸率为0.5-1.2％，拉伸速度为8-12mm/s，第二级拉伸率为1.0-2.2％，拉伸速度为4-10mm/s，第三级拉伸率为2.0-3.2％，拉伸速度为1.5-6mm/s；

S7、双级时效热处理：第一级时效温度为100-120℃，升温速率为40-60℃/h，保温时间为0.5-3h；第二级进一步升温至168-182℃，升温速率为40-60℃/h，保温时间12-25h为；

S8、机加工处理：对时效处理后的板材进行机械加工，获得成品。

优选的，步骤S2中，在熔炼铸造过程中，对铝合金熔体进行多级除气处理.

优选的，步骤S2中，在熔炼铸造过程中，使用过滤板除去铝合金溶体的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质。

优选的，步骤S3中，均匀化热处理中将铸锭升温到430-500℃，保温8-25h。

优选的，步骤S4中，机加工中，铸锭的四面铣面，厚度为5mm-20mm，以去除偏析层。

优选的，步骤S6中，拉伸时通过多道横向独立钳口夹住板材两端。

优选的，步骤S6中，其中第一级拉伸之前，先进行预拉伸，设定预拉伸屈服强度为140-160MPa；

其中第二级拉伸完成后保持拉伸力和拉伸状态，通过支撑小车向上顶拉伸板，板材头中尾多个区域上顶；

其中第三级拉伸完成后，移动支撑小车，完全支撑后，卸载拉伸力。

优选的，步骤S8中，采用锯切工艺，当板材规格为厚度大于等于6mm小于等于200mm、宽度大于等于1000mm小于等于1600mm、长度大于等于3000mm小于等于6000mm时，锯带速度为1600-2500m/min；锯切速度为30-60dm²/min，260-280mm/min；进料速度为70-90％，45-70mm/min；料台速度为60-85mm/min；

当板材规格为厚度大于等于6mm小于等于200mm、宽度大于1600mm小于等于2600mm、长度大于等于3000mm小于等于6000mm时，锯带速度为1600-2500m/min；锯切速度为30-60dm²/min，140-190mm/min；进料速度为70-90％，40-70mm/min；料台速度为50-80mm/min。

优选的，步骤S8中，当需要分切时，预留双面铣面量1-5mm。

优选的，步骤S8中，采用铣面工艺，铣面工艺为料台进料速度为380-450mm/min，铣面盘旋转主轴为150-280r/min。

本发明的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，采用7系铝合金的组分，在原有的工艺基础上，对工艺进行优化，引入了固溶淬火、三级拉伸以及双级时效热处理的步骤以及合理的步骤工艺参数，形成了主要包括配料、熔炼、铸造、均匀化热处理、机加工处理、固溶淬火、三级拉伸、双级时效热处理、机加工处理的新工艺，以获得不易加工变形、强度高的高强铝合金精密铸造板。本发明采用7系铝合金的组分，在均匀化热处理后通过固溶淬火，在高温下使Zn、Mg、Cu等第二相溶解到基体中，形成过饱和固溶体；通过三级拉伸工艺，消除板材轧制及固溶淬火后产生的内应力，并矫直板材不平度；通过双级时效热处理，使析出相轻微长大，进一步稳定析出强化相的存在形式，适当降低强度，在较高温度下，可进一步消除板材残余内应力。

本发明中，对铸造出的铸锭先均匀化热处理，可有效降低内应力及减少微观偏析，避免开裂，对7系铝合金板材采用固溶淬火及时效热处理工艺，与5系铸造板和6系铸造淬火板相比，可大幅度提高板材强度；经特殊拉伸工艺和过时效热处理工艺，最大限度地降低板材内应力，再经机加工处理生产出来的高强铝合金精密铸造板，可保存原始铸造晶粒组织，提高板材强度。所生产的精密铸造板材严格控制了成分、铸造工艺，采用了特有的热处理、拉伸与机加工工艺，确保了该板材组织细小均一、无轧制织构、内应力极低、极大提高了铸造板的强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的实施例的工艺流程图；

图2为本发明实施例1所获工艺产品的金相图；

图3为本发明实施例2所获工艺产品的金相图；

图4为本发明实施例3所获工艺产品的金相图；

图5为本发明对比例1所获工艺产品的金相图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参照图1，本优选的实施例提供一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，包括有以下步骤：

S1、配料：按照以下重量百分比进行配料：Zn＝5.5％、Mg＝2.47％、Cu＝1.8％、Si＝0.12％、Fe＝0.20％、Mn＝0.09％、Cr＝0.12％、Ti＝0.02％、Zr＝0.03％，其余量为Al及不可避免的杂质，此组分属于7075牌号铝合金。本优选实施例的组分成分如表1中A1所示。

S2、熔炼、铸造：按上述配料进行熔炼、铸造，以铸造出规格为360×1460×6700mm的铸锭。在熔炼铸造过程中，对铝合金熔体进行多级除气处理，以显著降低铝合金熔体中的含气量，并减少铝合金铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷。使用过滤板除去铝合金熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷。经过上述工艺，以此提高该7系铝合金铸锭的铸造质量，进而提高该产品的综合性能。

S3、均匀化热处理：将铸锭进行均匀化热处理以降低内应力，其中，均匀化热处理中将铸锭升温到490±10℃，保温8h。

S4、机加工处理：对铸锭进行四面铣面，四面铣面的厚度分别为10mm以去除偏析层；分切成厚度等于200mm的板材，利于固溶淬火，保证板材淬透性。

S5、固溶淬火：将机加工后的板材进行固溶淬火，料温升温速度为50-70℃/min，升温至480±10℃，保温为120min，保温结束，快速高压水淬火，冷却至常温。高温下使Zn、Mg、Cu、等第二相溶解到基体，形成过饱和固溶体。

S6、拉伸：对淬火板材进行三级拉伸，第一级拉伸率为0.5％，拉伸速度为12mm/s，第二级拉伸率为1.0％，拉伸速度为10mm/s，第三级拉伸率为2.0％，拉伸速度为6mm/s。

其中，拉伸时，通过多道横向独立钳口夹住板材两端，确保板材宽度方向均匀受力。

其中，第一级拉伸之前，先进行预拉伸，设定预拉伸屈服强度为150MPa，确保板材处于拉直受力状态；

第二级拉伸完成后保持拉伸力和拉伸状态，通过支撑小车向上顶拉伸板，板材头中尾多个区域上顶，进一步提升板材不平度；

第三级拉伸完成后，移动支撑小车，完全支撑后，卸载拉伸力。

通过精确的板材拉伸工艺，消除板材轧制及固溶淬火后产生的内应力，并矫直板材不平度。

S7、双级时效热处理：第一级时效温度为100℃，升温速率为40℃/h，保温时间为3h，析出弥散强化相，以提高板材强度；第二级进一步升温至168℃，升温速率为40℃/h，保温时间25h为，通过过时效处理，使析出相轻微长大，进一步稳定析出强化相的存在形式，适当降低强度，在较高温度下，可进一步消除板材残余内应力。

S8、机加工处理：对时效处理后的板材进行锯切、分切和铣面，获得成品。

其中，按成品宽度及长度进行锯切，锯切成150×1350×6000mm规格的板材，然后分切成18×1350×6000mm规格，其中，锯带速度为2100m/min，锯切速度为30dm²/min，260mm/min；进料速度为70％，45mm/min；料台速度为60mm/min。

分切后精铣面成15×1350×6000mm规格的铣面板，铣面工艺为料台进料速度为380mm/min，铣面盘旋转主轴为150r/min。

经上述工艺获得的板材性能如表2中A2所示，金相组织如图2所示。

实施例2

S1、配料：按照以下重量百分比进行配料：Zn＝6.6％、Mg＝2.40％、Cu＝2.5％、Si＝0.01％、Fe＝0.02％、Mn＝0.01％、Cr＝0.01％、Ti＝0.02％、Zr＝0.07％，其余量为Al及不可避免的杂质，此组分属于7050牌号铝合金。本优选实施例的组分成分如表1中B1所示。

S2、熔炼、铸造：按上述配料进行熔炼、铸造，以铸造出规格为520×1580×5800mm的铸锭。在熔炼铸造过程中，对铝合金熔体进行多级除气处理，以显著降低铝合金熔体中的含气量，并减少铝合金铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷。使用过滤板除去铝合金熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷。经过上述工艺，以此提高该7系铝合金铸锭的铸造质量，进而提高该产品的综合性能。

S3、均匀化热处理：将铸锭进行均匀化热处理以降低内应力，其中，均匀化热处理中将铸锭升温到440±10℃，升温速度为20-40℃/h，保温25h。

S4、机加工处理：对铸锭进行四面铣面，四面铣面的厚度分别为20mm以去除偏析层；分切成厚度等于100mm的板材，利于固溶淬火，保证板材淬透性。

S5、固溶淬火：将机加工后的板材进行固溶淬火，料温升温速度为15-35℃/min，升温至450±10℃，保温为80min，保温结束，快速高压水淬火，冷却至常温。高温下使Zn、Mg、Cu、等第二相溶解到基体，形成过饱和固溶体。

S6、拉伸：对淬火板材进行三级拉伸，第一级拉伸率为0.75％，拉伸速度为9mm/s，第二级拉伸率为1.5％，拉伸速度为7mm/s，第三级拉伸率为2.5％，拉伸速度为3.7mm/s。

其中，第一级拉伸之前，先进行预拉伸，设定预拉伸屈服强度为140MPa，确保板材处于拉直受力状态；

第二级拉伸完成后保持拉伸力和拉伸状态，通过支撑小车向上顶拉伸板，板材头中尾多个区域上顶，进一步提升板材不平度和降低内应力；

S7、双级时效热处理：第一级时效温度为120℃，升温速率为60℃/h，保温时间为0.5h，析出弥散强化相，以提高板材强度；第二级进一步升温至182℃，升温速率为60℃/h，保温时间12h为，通过过时效处理，使析出相轻微长大，进一步稳定强化强的存在形式，适当降低强度，在较高温度下，可进一步消除板材残余内应力。

S8、机加工处理：对时效处理后的板材进行锯切和铣面，获得成品。

其中，按成品宽度及长度进行锯切，锯切成16×1500×5000mm规格的板材，锯带速度为2350m/min，锯切速度为40dm²/min，272mm/min；进料速度为80％，62mm/min；料台速度为85mm/min。

锯切后精铣面成15×1500×5000mm规格的铣面板，铣面工艺为料台进料速度为450mm/min，铣面盘旋转主轴为280r/min。

经上述工艺获得的板材性能如表2中B2所示，金相组织如图3所示。

实施例3

S1、配料：按照以下重量百分比进行配料：Zn＝6.25％、Mg＝2.34％、Cu＝2.41％、Si＝0.02％、Fe＝0.04％、Mn＝0.01％、Cr＝0.01％、Ti＝0.02％、Zr＝0.11％，其余量为Al及不可避免的杂质，此组分属于7150牌号铝合金。本优选实施例的组分成分如表1中C1所示。

S2、熔炼、铸造：按上述配料进行熔炼、铸造，以铸造出规格为420×1720×4500mm的铸锭。在熔炼铸造过程中，对铝合金熔体进行多级除气处理，以显著降低铝合金熔体中的含气量，并减少铝合金铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷。使用过滤板除去铝合金熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷。经过上述工艺，以此提高该7系铝合金铸锭的铸造质量，进而提高该产品的综合性能。

S3、均匀化热处理：将铸锭进行均匀化热处理以降低内应力，其中，均匀化热处理中将铸锭升温到460±10℃，升温速度为30-50℃/h，保温15h。

S4、机加工处理：对铸锭进行分切、铣面，机加工后板材规格为50×1680×4500mm，利于固溶淬火，保证板材淬透性。

S5、固溶淬火：将机加工后的板材进行固溶淬火，料温升温速度为30-45℃/min，升温至460±10℃，保温为15min，保温结束，快速高压水淬火，冷却至常温。高温下使Zn、Mg、Cu、等第二相溶解到基体，形成过饱和固溶体。

S6、拉伸：对淬火板材进行三级拉伸，第一级拉伸率为1.2％，拉伸速度为8mm/s，第二级拉伸率为2.2％，拉伸速度为4mm/s，第三级拉伸率为3.2％，拉伸速度为1.5mm/s。

其中，第一级拉伸之前，先进行预拉伸，设定预拉伸屈服强度为160MPa，确保板材处于拉直受力状态；

S7、双级时效热处理：第一级时效温度为112℃，升温速率为51℃/h，保温时间为2h，析出弥散强化相，以提高板材强度；第二级进一步升温至170℃，升温速率为52℃/h，保温时间18h为，通过过时效处理，使析出相轻微长大，进一步稳定强化强的存在形式，适当降低强度，在较高温度下，可进一步消除板材残余内应力。

其中，按成品宽度及长度进行锯切，锯切成50×1620×3800mm规格的板材，分切成23×1620×3800，锯带速度为2500m/min，锯切速度为60dm²/min，190mm/min；进料速度为90％，70mm/min；料台速度为80mm/min。

,精铣面成20×1620×3800mm规格的铣面板，铣面工艺为料台进料速度为410mm/min，铣面盘旋转主轴为200r/min。

经上述工艺获得的板材性能如表2中C2所示，金相组织如图4所示。

对比例1

本对比例为熔炼5083铝合金以制备铝合金精密板，按照以下重量百分比进行配料：Si＝0.11％、Fe＝0.17％、Cu＝0.07％、Mn＝0.56％、Mg＝4.65％、Cr＝0.13％、Zn＝0.09％、Ti＝0.05％，其余量为Al及不可避免的杂质，此对比例的组分成分如表1中D1所示。

经除气、过滤后，进行半连续铸造，铸出厚度为580×1650×5600mm的扁锭。

将铸造好的锭子按照下述热处理工艺进行热处理：

1)、升温速率：30-45℃/h；

2)、保温温度：料温400℃±5，保温时间：30h；

3)、冷却方式：保温时间结束后，关闭供热系统，停止加热，通过循环风机、冷却风机控制冷却速度，降温速率：10-16℃/h，锭子冷却到200℃，再出炉自然冷却。

利用热处理好的铝锭进行铣面，四个面各铣10mm，铣后560×1630×5600，去掉铸造偏析层，去头尾锯切成560×1630×5000，分切成20×1630×5000mm，锯带速度为2400m/min，锯切速度为50dm²/min，140mm/min；进料速度为76％，50mm/min；料台速度为75mm/min。铣面成15×1630×5000mm铣面板，料台进料速度410mm/min，铣面盘旋转主轴260r/min，获得规格为15×1630×5000mm的板材。

经上述工艺获得的板材性能如表2中D2所示，金相组织如图5所示。

表1各示例的化学成分参数

表2根据各示例的工艺制备获得的板材的性能参数

对应示例	屈服强度	抗拉强度
			A2	461	546
B2	495	552
			C2	488	548
D2	128	261

通过上述表2中可以看出，采用本发明的工艺生产的高强铝合金精密铸造板产品，其屈服强度和抗拉强度大幅度提高，强度远高于传统工艺制备的铸造板，强度接近7系铝合金T6轧制板，图5为传统5083铸造板金相组织，类似等轴晶，而图2至图4均为较明显的等轴晶铸造组织，本发明生产的高强度铸造板获得较高强度的同时保留了优异的铸造组织并获得极低内应力的铸造板。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，包括有以下步骤：

S1、配料：按照以下重量百分比进行配料：Zn=5.1-6.9%、Mg=1.9-2.9%、Cu=1.2-2.6%、Si≤0.4%、Fe≤0.5%、Mn≤0.30%、Cr≤0.28%、Ti≤0.20%、Zr≤0.25%，其余量为Al及不可避免的杂质；

S6、拉伸：对淬火板材进行三级拉伸，第一级拉伸率为0.5-1.2%，拉伸速度为8-12mm/s，第二级拉伸率为1.0-2.2%，拉伸速度为4-10mm/s，第三级拉伸率为2.0-3.2%，拉伸速度为1.5-6mm/s；

2.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S2中，在熔炼铸造过程中，对铝合金熔体进行多级除气处理。

3.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S2中，在熔炼铸造过程中，使用过滤板除去铝合金溶体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质。

4.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S3中，均匀化热处理中将铸锭升温到430-500℃，保温8-25h。

5.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S4中，机加工中，铸锭的四面铣面，单面厚度为5mm-20mm，以去除偏析层。

6.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S6中，拉伸时通过多道横向独立钳口夹住板材两端。

7.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S6中，其中第一级拉伸之前，先进行预拉伸，设定预拉伸屈服强度为140-160MPa；

8.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S8中，采用分切工艺，当分切后板材规格：厚度大于等于6mm小于等于200mm、宽度大于等于1000mm小于等于1600mm、长度大于等于3000mm小于等于6000mm时，锯带速度为1600-2500m/min；锯切速度为30-60dm²/min，260-280mm/min；进料速度为70-90%，45-70mm/min；料台速度为60-85mm/min；

当分切后板材规格：厚度大于等于6mm小于等于200mm、宽度大于1600mm小于等于2600mm、长度大于等于3000mm小于等于6000mm时，锯带速度为1600-2500m/min；锯切速度为30-60dm²/min，140-190mm/min；进料速度为70-90%，40-70mm/min；料台速度为50-80mm/min。

9.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S8中，当需要分切时，预留双面铣面量1-5mm。

10.根据权利要求1所述的高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，

步骤S8中，采用铣面工艺，铣面工艺为料台进料速度为380-450mm/min，铣面盘旋转主轴为150-280r/min。