CN111020422B - 一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺及铝合金铸锭 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺及铝合金铸件，该工艺针对Fe元素含量较高的8000系铝合金，包括均匀化热处理过程和加热热处理过程，能够促进铸锭组织中含Fe第二相弥散分布，在晶界处呈棒状断续分布，在晶内呈球形弥散分布，改善材料性能。采用该工艺的铝合金铸件后续加工成镜面板表面无条纹状和麻点类缺陷，且光泽度高，整体制造成本下降，适用于高端8000系镜面铝合金板带材的工业化生产。

Description

一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺及铝合金铸锭
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺及铝合金铸锭。
背景技术
近年来，随着建筑装饰行业及汽车行业的蓬勃发展，具有特殊表面效果的铝材市场需求量不断增加，尤其是具有镜面效果铝材的使用面越来越广，主要包括照明灯饰行业、太阳能反射板、建筑外观、室内装饰、家具、电梯、标牌、汽车内外装饰、家用电器及电子消费品等行业领域。
铁在铝合金(特别是变形铝合金)中一直被认为是一种主要的杂质元素；在含铁量较高的情况下，铝合金组织中会形成粗大的针、片状脆性铁相，如α-Fe2SiAl8或β-FeSiAl3相等，对铝合金基体产生了严重的割裂作用，造成铝合金制品的性能如塑性、韧性等明显下降；同时Fe含量的增加，会明显降低铝合金材料的耐腐蚀性能，也使零件机械加工困难等。但在铸造铝合金中，Fe含量的增加有利于脱模，如果能控制富Fe析出相的形态，增加含Fe量有利于铸造铝合金的制造过程。因此，如何有效地发挥Fe元素在铝合金中的作用，是目前铝合金制造业存在的热点技术之一。
第二相粒子的析出强化是提高铝合金性能的重要手段，如AlCu2、Mg2Si、MgZn2等。在铝合金中，一般情况下Fe含量超过0.3％时即产生粗大片状析出相；但如果能采取一定的工艺措施，将粗大片状的富Fe析出相转化为规整的形状，如球状、团块状、短粗柱状等，其对基体的割裂作用将会消除，而且如果能促进其颗粒细小且分布均匀的话，将起到弥散强化作用，对材料使用性能的提高将是非常有利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺及铝合金铸锭，并利用该热处理工艺对8000系铝合金铸锭进行处理，以解决镜面铝合金易形成表面缺陷和光泽度低的问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺，包括均匀化热处理过程和加热热处理过程，首先进行均匀化热处理，将铝合金铸锭缓慢升温至600~640℃，并保温时间10~30h，然后进行加热热处理，加热热处理中所述铝合金铸锭的温度为480~560℃，保温时间2~12h。
所述均匀化热处理过程中，所述铝合金铸锭的升温速率小于等于60℃/h。
所述铝合金铸锭的升温速率为10-30℃/h。
所述铝合金铸锭属于8000系铝合金，其成分按照重量组份为：Fe：1.20 ~ 1.60％、Si：≤0.25％、Cu：≤0.08％、Mn：0.20～0.60％、Mg：≤0.05％、Zn：≤0.05％、Ti：≤0.10％，余量为Al。
所述均匀化热处理的过程中，铝合金铸锭升温至610~630℃，保温时间为10~20h。
所述加热处理的过程中中，铝合金铸锭温度在480-510℃，保温时间为2~12h。
一种经上述热处理工艺处理的8000系镜面铝合金铸锭，铸锭中含Fe第二相的数量≥600个，平均直径≤1.0μm，面积占比≥1.0%。
铸锭中含Fe第二相在晶界处呈棒状，且断续分布，长度≤10μm。
铸锭中含Fe第二相在晶内呈球形，且弥散分布，直径≤5μm。
本发明人首先对8000系轧制镜面铝合金表面底纹、麻点等缺陷，以及光泽度偏低问题的原因进行了详细调查和研究。结果发现，8000系轧制镜面铝合金由于Fe元素含量高（1.2~1.6wt.%），Fe元素在熔炼不均匀分布，在铸造过程中容易形成尺寸粗大和偏聚分布的含Fe第二相，是轧制镜面铝合金表面缺陷形成和光泽度偏低的主要原因。
本发明着眼于上述情况，针对轧制镜面铝合金中含Fe第二相尺寸粗大和偏聚分布的难题，提供一种有效的铸锭均匀化及加热一体化的热处理方法，并取得了理想的技术效果。
本发明具有以下有益效果：1、本发明的热处理工艺，是在现有8000系铝合金铸锭加热工艺基础上，增加的均匀化和加热一体化工艺，均匀化工序成本增加有限；且通过铸锭中第二相优化，后续加工成镜面板的合格率提高，整体制造成本下降，适用于高端8000系铝合金的工业化生产。
2、本发明的热处理工艺，首先将8000系铝合金铸锭进行高温均匀化热处理，促进铸锭组织中晶界处含Fe第二相发生部分回溶，形成断续分布状态。与现有8000系铸锭相比，经该工艺处理后的8000系铸锭塑性变形提高，后续热轧、冷轧及镜面轧制时表面缺陷减少，产品合格率提高。
3、本发明的热处理工艺，其次将均匀化处理后的8000系铝合金铸锭进行降温，并在一定温度下进行保温处理，促进铸锭组织中晶内的含Fe第二相球形及弥散析出。与现有8000系铸锭相比，经该工艺处理后的8000系铸锭中再结晶形核质点数量增加，后续再结晶热处理时，晶粒细小和均匀分布，镜面铝合金表面光泽度及合格率显著提高。
附图说明
图1为未经热处理的8014镜面铝合金铸锭中含Fe第二相SEM图。
图2为实施例1中8014镜面铝合金铸锭经630℃热处理的SEM图。
图3为实施例2中8014镜面铝合金铸锭经610℃热处理的SEM图。
图4为比较例1中8014镜面铝合金铸锭经520℃热处理的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。轧制8014镜面铝合金产品的典型技术路线如下：铸造扁锭→锯切和铣面→均匀化热处理→热轧→冷轧→镜面轧制→清洗→版型拉娇→退火处理→开板成型→成品。
以下实施例以8014镜面铝合金扁锭为研究对象，铸锭中含Fe第二相分布特征如图1所示，在晶界处连续分布，在晶内不均匀分布。
实施例1，将8014镜面铝合金铸锭进行均匀化和加热一体化热处理，工艺步骤及参数如下：
（1）均匀化热处理：对铝合金铸锭缓慢升温至630℃，升温速率为30℃/h，然后保温处理16h；
（2）加热热处理：经均匀化热处理的铝合金铸锭降温至500℃，然后保温10h。
经均匀化和加热一体化热处理后，8014镜面铝合金铸锭中第二相分布如图2所示。与未经热处理的8014镜面铝合金铸锭相比，经本实施例所述工艺处理后的铝合金铸锭中含Fe第二相（直径＞0.5μm）的数量707个，面积占比为1.10%；含Fe第二相在晶内呈球形均匀弥散分布，平均直径0.92μm，最大直径4.62μm；在晶界处呈棒状断续分布，最大长度7.07μm。
实施例2，将8014镜面铝合金铸锭进行均匀化和加热一体化热处理，工艺步骤及参数如下：
（1）均匀化热处理：对铝合金铸锭缓慢升温至610℃，升温速率为30℃/h，然后保温处理10h；
（2）加热热处理：经均匀化热处理的铝合金铸锭降温至510℃，然后保温4h。
经均匀化和加热一体化工艺后，8014镜面铝合金铸锭中第二相分布如图3所示。与未经热处理的8014镜面铝合金铸锭相比，经本实施例所述工艺处理后，铝合金铸锭中含Fe第二相（直径＞0.5μm）的数量410个，面积占比为0.64%；含Fe第二相在晶内呈球形弥散分布，且较为均匀，平均直径0.96μm，最大直径3.12μm；在晶界处呈棒状断续分布，最大长度5.69μm。
比较例1，将8014镜面铝合金铸锭仅进行加热处理，将铝合金铸锭缓慢升温至520℃，并保温处理30h。
经加热热处理后，8014镜面铝合金铸锭中第二相分布如图4所示。与未经热处理的8014镜面铝合金铸锭相比，经本例所述工艺处理后的铝合金铸锭中含Fe第二相（直径＞0.5μm）的数量549个，面积占比为0.85%；含Fe第二相在晶内呈球形不均匀分布，平均直径0.98μm，最大直径6.71μm；在晶界处呈连续分布，最大长度17.05μm。
表1：8014镜面铝合金铸锭热处理工艺及含Fe第二相分布
Figure RE-922787DEST_PATH_IMAGE002
综上，8000系镜面铝合金铸锭热处理工艺及含Fe第二相分布情况列于表1。可见，8000系铝合金铸锭经均匀化和加热一体化热处理工艺处理后，铸锭中含Fe第二相在晶界处呈断续分布，在晶内呈球形分布。
其他实施例：在实施例1的基础上，控制均匀化热处理的温度为600℃，保温时间为30h，加热热处理的温度为480℃，保温时间为12h；或者在实施例1的基础上，控制均匀化热处理的温度为640℃，保温时间为20h，加热热处理的温度为560℃，保温时间为2h；在这两个实施例中，处理后的铝合金铸锭也可以达到本发明的技术效果：含Fe第二相在晶内呈球形弥散分布，在晶界处呈棒状断续分布。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺，其特征在于：包括均匀化热处理过程和加热热处理过程，首先进行均匀化热处理，将铝合金铸锭缓慢升温至600~640℃，并保温时间10~30h，然后进行加热热处理，加热热处理中所述铝合金铸锭的温度为480℃~560℃，保温时间2~12h；均匀化热处理和加热热处理后得到的铝合金铸锭中含Fe第二相的数量≥600个，平均直径≤1.0μm，面积占比≥1.0%，且含Fe第二相在晶界处呈棒状，且断续分布，长度≤10μm，含Fe第二相在晶内呈球形，且弥散分布，直径≤5μm；所述铝合金铸锭属于8000系铝合金，其成分按照重量组份为：Fe：1.20 ~ 1.60％、Si：≤0.25％、Cu：≤0.08％、Mn：0.20～0.60％、Mg：≤0.05％、Zn：≤0.05％、Ti：≤0.10％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺，其特征在于：所述均匀化热处理过程中，所述铝合金铸锭的升温速率小于等于60℃/h。
3.根据权利要求2所述的一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺，其特征在于：所述铝合金铸锭的升温速率为10-30℃/h。
4.根据权利要求1所述的一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺，其特征在于：所述均匀化热处理的过程中，铝合金铸锭升温至610~630℃，保温时间为10~20h。
5.根据权利要求1所述的一种均匀化和加热结合的一体化热处理工艺，其特征在于：所述加热处理的过程中，铝合金铸锭温度在480-510℃，保温时间为2~12h。
6.一种经权利要求1~4任一项所述热处理工艺处理后的8000系镜面铝合金铸锭，其特征在于：铸锭中含Fe第二相的数量≥600个，平均直径≤1.0μm，面积占比≥1.0%；铸锭中含Fe第二相在晶界处呈棒状，且断续分布，长度≤10μm；含Fe第二相在晶内呈球形，且弥散分布，直径≤5μm。
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