CN111057977A - 提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了材料处理领域的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺及其装置，以弥补现有技术中对6xxx铝合金冷轧板性能方向的空白，以增强冷轧板的力学性能，为了实现上述目的本技术方案的方法如下，进行第一次深冷处理时诱发合金内部内应力，从而使合金基体产生位错，随后进行第二次深冷处理，以增加Mg、Si原子的析出驱动力，促使铝合金形成GP区核心。相对于提升适用范围的现有技术，本技术方案中经过两次深冷处理后，冷轧板其各项性能有明显提高，其硬度，屈服强度，抗拉强度和延伸率有明显提高。

Description

提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺及其装置

技术领域

本发明属于材料处理领域，具体是提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺及其装置。

背景技术

深冷处理是使用液氮为冷却介质，将金属置于-130℃至-196℃环境下冷却一定时长，用以提高金属性能的一种处理工艺。目前深冷处理在提高钢材的性能方面使用较多。深冷处理主要有两种工艺方式，分别为液体法和气体法。液体法是将材料直接放入液氮中，在-196℃的环境下沉浸一段时间后直接取出。气体法是先将液态的冷却介质汽化，将金属放入汽化的低温环境中一段时间后再取出。深冷处理不仅能够降低材料中的残余应力，改善材料的耐磨性，还可以提高材料的σb和σs。并且深冷处理成本较低也较为环保。

目前，深冷处理工艺主要运用在黑色金属行业，用于提高钢材的机械性能。关于深冷处理工艺对钢材的作用机理研究较为成熟，其主要为四条：可以消除奥氏体，促进马氏体的转变；可以促进新马氏体的产生；可以促进细小碳化物的析出，提高钢铁的耐磨性；可以消除钢铁材料中大部分的残余应力。

与钢铁材料的深冷处理研究相比，铝合金的深冷处理研究相对欠缺，强化铝合金组织和性能的相关工艺也较为缺乏，没有形成较为统一的理论。上世纪末有国外学者研究了173-77K温度下铝合金组织和性能的变化，其结果表明低温下铝合金能够保持良好的塑性，同时铝合金晶粒还可以得到细化。诸多学者发现在超低温状态下，铝合金的某些衍射晶面上的衍射强度发生明显的变化，因而提出了收缩效应和晶粒转动效应。这种晶粒的取向会使位错滑移在变形过程中受到阻碍，提高铝合金的强度。深冷处理还可以在铝合金时效过程中起到了重要作用。有研究表明深冷处理可以促进7XXX合金第二相以弥散细小相析出，显著地提高时效后合金的强度与硬度。深冷处理工艺还可以促进GP区的形核，具有一定的预时效作用。

尽管业界关于深冷处理对铝合金的组织和性能有一定的研究，但是与实际运用差别较大，其中对6xxx铝合金的深冷处理工艺的研究与运用较少。6016铝合金冷轧板由于其强度较高，塑性较好，价格适中，所以实际运用极其广泛。有研究表明深冷处理可以改善并提高6XXX合金的力学性能。目前对Al-Zn-Mg-Cu、Al-Cu和Al-Si合金研究较多，对6016铝合金的深冷处理研究较少，对6016铝合金冷轧板的深冷处理工艺应用更少。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是对6xxx铝合金冷轧板性能方向提出新的思路以增强冷轧板的力学性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺及其装置，进行第一次深冷处理时诱发合金内部内应力，从而使合金基体产生位错，随后进行第二次深冷处理，以增加Mg、Si原子的析出驱动力，促使铝合金形成GP区核心。

提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理装置，包括进口导位装置，还包括支架和输送扎板的导轨，所述导轨下方带有卷绕输送装置，导轨的上方带有渐进式下压机构；

所述渐进式下压机构包括横向放置的转动滚筒，所述转动滚筒的横向中轴线处贯穿有转动轴，转动轴的两端连接于支架，所述转动滚筒表面加工有间隔的若干凸块，所述凸块沿物料供给方向上逐渐增加长度，凸块的转动行程中接触有若干拨片，拨片与凸块一一对应，且拨片与凸块的转动行程接触；拨片的下方连接有压型块，压型块正对导轨。

技术原理：两次深冷处理提高的原因主要有两方面。一是深冷处理条件下能够使合金内部诱发强大的内应力，内应力会使合金基体中产生大量的位错，这些大量位错能够为β″相的转变提供形核的位置，促进β″相的转变。二是在Al-Mg-Si合金中，Mg原子和Si原子的过饱和度会提高，由此增加了Mg、Si原子的析出驱动力，长时间且多次的深冷处理会促进Al-Mg-Si合金中Si和Mg原子的析出，在6xxx铝合金中可以形成大量的GP区核心，从而形核成为主要强化相β″相，因此可以显著提高强度。

当物料从进口导位装置输送进来时，卷绕装置带动物料渐进式传递至压型块下方，此时转动滚筒周向转动，转动时转动滚筒表面的凸块接触拨片，此时拨片带动压型块下行进行热轧。

进一步，包括以下步骤；

S1、将6016铝合金铸锭均匀化处理2.5h，温度控制在560℃；

S2、对铸铁进行切割后，将铸铁切头铣面热轧7个道次；

S3、随后对铸铁冷轧5个道次进行下压以形成冷轧板；

S4、完成下压后将冷轧板加热至固液形态，随后进行淬火；

S5、随即对冷轧板进行第一次深冷处理；

S6、当冷轧板恢复至室温时再进行第二次深冷处理。

进一步，所述步骤S2中对铝板的厚度热轧至6mm，随后退火3h，当铝板温度控制在20℃时进行步骤S3。

进一步，所述步骤S3中进行冷轧的平均下压量为16.7％，轧至冷轧板厚度为1mm。

进一步，所述步骤S4中冷轧板的固溶处理的温度为550℃，淬火时间为30min。

进一步，所述步骤5和步骤6的深冷处理时间为24h，冷轧板恢复室温的时间为12h。

进一步，所述转动滚筒的前方带有横轴，拨片与横轴之间连接有拉簧，拉簧作为拨片的支点。

进一步，所述拨片包括短点和长点，所述短点为拉簧至拨片与凸块的接触端，所述长点为拉簧至拨片与压型块的接触点，所述压型块与拨片之间连接有竖向长轴。

进一步，所述卷绕输送装置包括卷绕盘和带动卷绕盘周向转动的间歇式电机。

采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于常规的处理方法，本技术方案中在提高6xxx铝合金冷轧板性能方向提出了新的思路，具有重大的现实意义，弥补了现有技术的空白。

2、相对于现有的二次深冷处理方法，由于处理的金属型号不同，本技术方案改变了技术偏见，提升了适用范围。

3、相对于提升适用范围的现有技术，本技术方案中经过两次深冷处理后，冷轧板其各项性能有明显提高，其硬度，屈服强度，抗拉强度和延伸率有明显提高。(提高的原因请参考技术原理，此处不再叙述)

4、相对于传统的热轧机械，本技术方案中利用转动滚筒控制拨片对压型块逐渐施压(主要是利用凸扣的长度)，以替代传统的精轧机和粗轧机，以实现一体式热轧操作，降低滑槽的布置长度。

5、当转动滚筒与短点接触时，短点处举升上行，长点处下行，此时长点带动竖向长轴将压型块与导轨内的扎板接触，进行挤压。

6、压型块下降的距离和挤压的深度依靠凸块的的长度决定，当凸块最长时，拨片下降的距离等于转动滚筒的二分之一宽度。

附图说明

图1为本发明深冷处理装置的结构图；

图2为图1中转动滚筒的结构图；

图3为未经深冷处理的冷轧板、一次深冷处理的冷轧板和二次深冷处理的冷轧板TEM组织图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：支架1、导轨2、卷绕输送装置3、卷绕盘3a、间歇式电机3b、转动滚筒4、转动轴5、凸块6、横轴7、拨片8、拉簧9、压型块10、竖向长轴11。

实施例基本如附图1所示：提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理装置包括进口导位装置，还包括支架1和输送扎板的导轨2，所述导轨2下方带有卷绕输送装置3，导轨2的上方带有渐进式下压机构；卷绕输送装置3包括卷绕盘3a和带动卷绕盘3a周向转动的间歇式电机3b。

请参考图2，渐进式下压机构包括横向放置的转动滚筒4，转动滚筒4的横向中轴线处贯穿有转动轴5，转动轴5的两端连接于支架1，所述转动滚筒4表面加工有间隔的若干凸块6，转动滚筒4的前方带有横轴7，拨片8与横轴7之间连接有拉簧9，拉簧9作为拨片8的支点，拨片8与凸块6一一对应，且拨片8与凸块6的转动行程接触；拨片8的下方连接有压型块10，压型块10正对导轨2。

凸块6沿物料供给方向上逐渐增加长度，凸块6的转动行程中接触有若干拨片8，拨片8包括短点和长点，短点为拉簧9至拨片8与凸块6的接触端，所述长点为拉簧9至拨片8与压型块10的接触点，压型块10与拨片8之间连接有竖向长轴11。

具体实施过程如下：深冷处理工艺如下，将6016铝合金铸锭均匀化处理2.5h，温度控制在560℃，以减小铸锭的内应力与溶质偏析，切头铣面之后，将铝合金铸锭送入处理装置中。

当铝合金铸锭从进口导位装置输送进来时，卷绕装置带动物料渐进式传递至压型块10下方，此时转动滚筒4周向转动，转动时转动滚筒4表面的凸块6接触拨片8，此时拨片8带动压型块10下行进行热轧，为了满足热轧的7个道次条件，当第一个凸块6与拨片8接触时，产生以下传动。

第一凸块6将拨片8的短点处带动上行，此时拨片8以拉簧9为支点，由此构成杠杆机构，拨片8短点上行时，拨片8的长点下行，此时拨片8长点通过竖向长轴11带动压型块10与铝合金铸锭接触，进行第一个道次，当凸块6与拨片8脱离接触后，拨片8在拉簧9的带动下进行回位，此时完成热轧。

随后在间歇式电机3b的带动下，铝合金铸锭渐进式运输，第一凸块6对尚未热轧的部位进行第一次热轧，而铝合金铸锭中进行第一次热轧后的部位进行第二次热轧(第二道次)，由于凸块6的长度相对于第一凸块6递增，因此第二次热轧进一步压缩铝合金铸锭的厚度。

以此类推经过热轧7个道次后，将铝合金铸锭的厚度轧制至6mm后退火3h，温度控制在20℃，此时未经第一次深冷处理的冷轧板力学性能如表1所示：

表1未经过深冷处理后的冷轧板力学性能

随后冷轧5个道次以形成冷轧板，平均压下量为16.7％，直至冷轧板厚度为1mm。之后将冷轧板550℃固溶处理30min后淬火，随后将冷轧板立即放入液氮(-196℃)中进行深冷处理，经过第一次深冷处理后冷轧板的力学性能如表2所示，

表2经过一次深冷处理后的冷轧板力学性能

第一次深冷处理时间24h后，将冷轧板自然时效12小时至20℃后再次在液氮(-196℃)中二次深冷处理24h，之后再次时效至室温，即为第二次深冷处理的冷轧板，经过二次深冷处理后的冷轧板力学性能如表3所示，完成后即为成型冷轧板，请参考图3，(a)代表未经深冷处理、(b)一次深冷处理和(c)二次深冷处理，随后对比未经深冷处理的冷轧板、一次深冷处理的冷轧板和二次深冷处理的冷轧板TEM组织图，由此可知冷轧板其各项性能有明显提高，其硬度，屈服强度，抗拉强度和延伸率有明显提高。

表3经过两次深冷处理后的冷轧板的力学性能

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺，其特征在于：进行第一次深冷处理时诱发合金内部内应力，从而使合金基体产生位错，随后进行第二次深冷处理，以增加Mg、Si原子的析出驱动力，促使铝合金形成GP区核心。

2.根据权利要求1所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺，其特征在于：包括以下步骤；

S1、将6016铝合金铸锭均匀化处理2.5h，温度控制在560℃；

S2、对铸铁进行切割后，将铸铁切头铣面热轧7个道次；

S3、随后对铸铁冷轧5个道次进行下压以形成冷轧板；

S4、完成下压后将冷轧板加热至固液形态，随后进行淬火；

S5、随即对冷轧板进行第一次深冷处理；

S6、当冷轧板恢复至室温时再进行第二次深冷处理。

3.根据权利要求2所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺，其特征在于：所述步骤S2中对铝板的厚度热轧至6mm，随后退火3h，当铝板温度控制在20℃时进行步骤S3。

4.根据权利要求3所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺，其特征在于：所述步骤S3中进行冷轧的平均下压量为16.7％，轧至冷轧板厚度为1mm。

5.根据权利要求4所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺，其特征在于：所述步骤S4中冷轧板的固溶处理的温度为550℃，淬火时间为30min。

6.根据权利要求5所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理工艺，其特征在于：所述步骤5和步骤6的深冷处理时间为24h，冷轧板恢复室温的时间为12h。

7.提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理装置，包括进口导位装置，其特征在于：还包括支架和输送扎板的导轨，所述导轨下方带有卷绕输送装置，导轨的上方带有渐进式下压机构；

所述渐进式下压机构包括横向放置的转动滚筒，所述转动滚筒的横向中轴线处贯穿有转动轴，转动轴的两端连接于支架，所述转动滚筒表面加工有间隔的若干凸块，所述凸块沿物料供给方向上逐渐增加长度，凸块的转动行程中接触有若干拨片，拨片与凸块一一对应，且拨片与凸块的转动行程接触；拨片的下方连接有压型块，压型块正对导轨。

8.根据权利要求7所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理装置，其特征在于：所述转动滚筒的前方带有横轴，拨片与横轴之间连接有拉簧，拉簧作为拨片的支点。

9.根据权利要求8所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理装置，其特征在于：所述拨片包括短点和长点，所述短点为拉簧至拨片与凸块的接触端，所述长点为拉簧至拨片与压型块的接触点，所述压型块与拨片之间连接有竖向长轴。

10.根据权利要求9所述的提高6016铝合金冷轧板强度的深冷处理装置，其特征在于：所述卷绕输送装置包括卷绕盘和带动卷绕盘周向转动的间歇式电机。

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