CN111690854B - 一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺,包括：熔铸、均热、锯切、铣面、包铝、加热、热轧、冷轧、中间退火、成品轧制、矫直和精密锯，本发明的一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，具有强度高、延展性大、耐腐蚀等优点，本方法制备的材料与传统的5系铝合金相比，具有更好的耐腐蚀性、更高的强度、更好的延展性，钢相比具有重量轻、易回收等优点。

Description

一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺

技术领域

本发明涉及铝合金材料加工工艺的技术领域，特别是一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺。

背景技术

铝合金材料独具黑色金属材料所没有的优异特性，具有密度低、强度高、塑性好，可加工成板材和各种结构件，同时具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，随着我国对方舱和车载电子设备轻量化要求的不断提高，铝合金板材和结构件的使用也不断增多，目前铝合金逐渐成为方舱车减重的理想结构材料，但传统的5系为代表的铝合金，强度仍然偏低且折弯性能不稳定，抗腐蚀性能有待提高，所以需要通过工艺改进制备一种高强度、延展性好、耐腐蚀的材料来解决，具体是一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，具体技术方案如下：

一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，步骤如下,步骤一：配料，采用如下重量百分比的材料进行合金配比，即Si<0.15%，Fe<0.2%，Cu<0.05%，Mn：0.8-0.9%，Mg：5.5-6.2%，Zn<0.1%，Ti：0.01-0.03%，Zr：0.03-0.05%，Be：0.0015-0.002%，余量为Al；步骤二：熔炼，熔炼温度790℃-800℃，加入Zr和Ti，搅拌20-30分钟，然后再加铝锭降温到750-760℃，加入锰剂，在720-750℃加镁锭，精炼，扒渣，加15-20ppm的Al-Be；步骤三：精炼除气，成分合格后第一次用氮氯混合气体精炼，氯气比例达到8-10%，精炼30min，确保钠含量符合要求；第二次采用氩气精炼，精炼时间20-25分钟，精炼温度720℃-760℃，检测液态铝合金氢含量不高于0.15 ml／100gAl；步骤四：过滤，采用30PPi+40PPi双级陶瓷过滤板进行过滤；步骤五： 铸造，按照铸造温度680℃-710℃、铸造速度45-55mm/min、水压0.1-0.2Mpa、水温≤30℃的工艺执行，得到符合内控标准的扁铸锭；步骤六：锯切；步骤七：均热；步骤八：铣面；步骤九：包铝，包铝板使用1060合金，厚度5mm，要求：铸锭及包铝板表面清洁、无油脂、灰尘等赃物及异物，铸锭上下表面均需包铝，用钢带捆扎；步骤十：热轧，将通过（1）到（9）得到的包铝铸锭，经过热轧粘合和轧制，轧成厚度为7-10mm的铝卷，终轧温度为320℃-340℃；步骤十一：第一次冷轧，使用30%左右的冷加工率将上述热轧得到的卷材进行冷轧，轧至5-7mm厚；步骤十二：第一次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；步骤十三：第二次冷轧，使用30%左右的冷加工率将由上述冷轧和退火得到的卷材进行冷轧，轧至3.5-5mm厚；步骤十四：第二次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；步骤十五：第三次冷轧，使用20%左右的冷加工率将得到的卷材继续进行冷轧，轧至2.8-4mm厚；步骤十六：第三次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；

步骤十七：第四次冷轧，使用28%左右的冷加工率将得到的卷材继续进行冷轧，轧至2.0-3.0mm厚；步骤十八：矫直，使用11辊矫直机对材料进行矫直，改善板型；步骤十九：精密锯，将上述得到的板材按照设定尺寸进行锯切，进一步得到符合宽度和长度公差的产品。

本发明的进一步改进在于：步骤六锯切中，铸锭浇口部锯切长度为150-200mm，铸锭底部锯切长度250-300mm。

本发明的进一步改进在于：步骤七均热中，采用双级均热400-410℃/8小时+500-510℃/24小时工艺进行铸锭均热处理。

本发明的进一步改进在于：步骤八铣面中，铸锭大面铣面量为10-12mm/每面，侧面铣面量为5-8mm/每面。

本发明的进一步改进在于：晶粒细化：采用晶粒细化剂Al-5Ti-0.2B丝对熔体进行细化，Ti丝加入量1.0Kg/1tAl。

本发明的有益效果是：

本发明生产出来的铝合金材料生产出来的产品的部分构件可以替代钢材，另外由于材料优良的耐腐蚀性能，可以降低日常的维护成本，也可以降低对进口材料的依赖，可以满足军用车辆在结构减重上的需求，同时也能为高性能铝合金规模化应用开创新的领域，这样的设计具有实用性强和可操作性强的特点，具有广阔的市场运用前景。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，步骤如下,步骤一：配料，采用如下重量百分比的材料进行合金配比，即Si<0.15%，Fe<0.2%，Cu<0.05%，Mn：0.8-0.9%，Mg：5.5-6.2%，Zn<0.1%，Ti：0.01-0.03%，Zr：0.03-0.05%，Be：0.0015-0.002%，余量为Al；步骤二：熔炼，熔炼温度790℃-800℃，加入Zr和Ti，搅拌20-30分钟，然后再加铝锭降温到750-760℃，加入锰剂，在720-750℃加镁锭，精炼，扒渣，加15-20ppm的Al-Be；步骤三：精炼除气，成分合格后第一次用氮氯混合气体精炼，氯气比例达到8-10%，精炼30min，确保钠含量符合要求；第二次采用氩气精炼，精炼时间20-25分钟，精炼温度720℃-760℃，检测液态铝合金氢含量不高于0.15 ml／100gAl；步骤四：过滤，采用30PPi+40PPi双级陶瓷过滤板进行过滤；步骤五： 铸造，按照铸造温度680℃-710℃、铸造速度45-55mm/min、水压0.1-0.2Mpa、水温≤30℃的工艺执行，得到符合内控标准的扁铸锭；步骤六：锯切，铸锭浇口部锯切长度为150-200mm，铸锭底部锯切长度250-300mm；步骤七：均热，采用双级均热400-410℃/8小时+500-510℃/24小时工艺进行铸锭均热处理；步骤八：铣面，铸锭大面铣面量为10-12mm/每面，侧面铣面量为5-8mm/每面；步骤九：包铝，包铝板使用1060合金，厚度5mm，要求：铸锭及包铝板表面清洁、无油脂、灰尘等赃物及异物，铸锭上下表面均需包铝，用钢带捆扎；步骤十：热轧，将通过（1）到（9）得到的包铝铸锭，经过热轧粘合和轧制，轧成厚度为7-10mm的铝卷，终轧温度为320℃-340℃；步骤十一：第一次冷轧，使用30%左右的冷加工率将上述热轧得到的卷材进行冷轧，轧至5-7mm厚；步骤十二：第一次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；步骤十三：第二次冷轧，使用30%左右的冷加工率将由上述冷轧和退火得到的卷材进行冷轧，轧至3.5-5mm厚；步骤十四：第二次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；步骤十五：第三次冷轧，使用20%左右的冷加工率将得到的卷材继续进行冷轧，轧至2.8-4mm厚；步骤十六：第三次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；

步骤十七：第四次冷轧，使用28%左右的冷加工率将得到的卷材继续进行冷轧，轧至2.0-3.0mm厚；步骤十八：矫直，使用11辊矫直机对材料进行矫直，改善板型；步骤十九：精密锯，将上述得到的板材按照设定尺寸进行锯切，进一步得到符合宽度和长度公差的产品，晶粒细化：采用晶粒细化剂Al-5Ti-0.2B丝对熔体进行细化，Ti丝加入量1.0Kg/1tAl。

本实施例所制备的铸锭化学成分见表1。

表1

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ti	Zr	Be
										重量百分数	0.021	0.12	0.001	0.89	6.02	0.001	0.049	0.055	0.002

对所铸铸锭的尺寸为510×2000×6150mm铸锭进行锯切、铸锭浇口部锯切，长度150-200mm，铸锭底部锯切长度250-300mm，锯切后铸锭的尺寸为510×2000×5700mm，然后均热，采用400-410℃/8小时+500-510℃/24小时工艺进行，然后进行铣面，铸锭大面铣面量为10-12mm/每面，侧面铣面量为5-8mm/每面，铣面后铸锭尺寸为490×2000×5700mm，下一步进行包铝，使用1060合金、规格为5×1900×5500mm的片材放置到上下两面，用钢带捆扎。然后进入加热炉以450℃/5h工艺加热，经过热轧粘合和轧制，轧成厚度为7-10mm的铝卷，再进行冷轧、退火、冷轧，轧至2.0mm厚，进行矫直和锯切，得到2×1800×4000mm的板材。

本实施例提供试验数据如下：

厚度（ｍｍ）	拉伸强度（Mpa）	屈服强度（Mpa）	伸长率（％）
				2	420	250	20

经过测试，按照一定成分配比的材料为基础，按照本发明中的步骤生产出来的高强高韧耐腐蚀铝合金可以达到需要的性能水平。

用该材料制成的方舱的尺寸如下：

型号	长度（mm）	宽度（mm）	高度（mm）	总质量（kg）
					X-1	1965	1900	1800	2000
X-2	2990	2100	2100	2500
					X-3	5000	2240	2100	5000
X-4	6050	2400	2100	7000

本工艺技术发明的要点在于：

关于改善机械性能方面：传统的5系材料镁含量在4.5-5.0%，本方案将镁含量在5.5-6.2%，同时，添加微量的Be、Zr、Ti、稀土元素等。使加工出来的铝合金材料晶粒更细小、延展性更加优异。

关于改善抗腐蚀性能上：铝合金的显微组织存在多个相，在腐蚀介质的侵蚀作用下，由于各相的电位不一样，在相与相之间形成腐蚀微电池，从而发生点蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀，会降低材料的疲劳强度，我们的改进点在于：纯铝耐蚀性较好，可以通过包覆纯铝来提高材料的抗腐蚀性能。

含镁量大于5%的铝合金，在退火沿晶界有连续网状β（Al3Mg2）相析出物，当存在电解质时，这种分布的β相优先受到腐蚀，为了提高材料的防腐蚀能力，控制节点就是在材料晶界不出现β相的析出，第一，在产品铸造阶段加入稀土元素，使材料的铸造组织更细腻，减低原始β相的形成主因；第二，在生产过程控制采用大压下量轧制破碎铸造组织，得到更细腻的加工组织；第三，在退火处理时，快速冷却，减少β相的析出。这样保证了材料内在组织的机理不存在腐蚀的诱因，生产出合格的耐腐蚀材料。

本发明的有益效果是：

本发明采用专有铸造工艺、均热工艺、热轧工艺、冷轧工艺和退火工艺，使用全进口热轧机、冷轧机、磨床和轧机控制系统，保证加工过程中的性能稳定以及良好的板形，制作出来的铝合金材料既有较高的强度、韧性，又有良好的耐腐蚀性能，与普通5083产品相比，抗拉强度提升100Mpa，屈服强度提升40Mpa，延伸率没有下降，通过本发明制造出的材料完全符合用户要求和替代进口，生产出来的铝合金材料生产出来的产品的部分构件可以替代钢材，另外由于材料优良的耐腐蚀性能，可以降低日常的维护成本，也可以降低对进口材料的依赖，可以满足军用车辆在结构减重上的需求，同时也能为高性能铝合金规模化应用开创新的领域，该发明例具有实用性强和可操作性强的特点，市场应用前景大。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，其特征在于：步骤如下,

步骤一：配料，采用如下重量百分比的材料进行合金配比，即Si<0.15%，Fe<0.2%，Cu<0.05%，0.8<Mn≤0.9%，Mg：5.5-6.2%，Zn<0.1%，Ti：0.01-0.03%，Zr：0.03-0.05%，Be：0.0015-0.002%，余量为Al；

步骤二：熔炼，熔炼温度790℃-800℃，加入Zr和Ti，搅拌20-30分钟，然后再加铝锭降温到750-760℃，加入锰剂，在720-750℃加镁锭，精炼，扒渣，加15-20ppm的Al-Be；

步骤三：精炼除气，成分合格后第一次用氮氯混合气体精炼，氯气比例达到8-10%，精炼30min，确保钠含量符合要求；第二次采用氩气精炼，精炼时间20-25分钟，精炼温度720℃-760℃，检测液态铝合金氢含量不高于0.15 mL／100gAl；

步骤四：过滤，采用30PPi+40PPi双级陶瓷过滤板进行过滤；

步骤五： 铸造，按照铸造温度680℃-710℃、铸造速度45-55mm/min、水压0.1-0.2MPa、水温≤30℃的工艺执行，得到符合内控标准的扁铸锭；

步骤六：锯切；锯切中，铸锭浇口部锯切长度为150-200mm，铸锭底部锯切长度250-300mm；

步骤七：均热；均热中，采用双级均热400-410℃/8小时+500-510℃/24小时工艺进行铸锭均热处理；

步骤八：铣面；铣面中，铸锭大面铣面量为10-12mm/每面，侧面铣面量为5-8mm/每面；

步骤九：包铝，包铝板使用1060合金，厚度5mm，要求：铸锭及包铝板表面清洁,无油脂、灰尘，铸锭上下表面均需包铝，用钢带捆扎；

步骤十：热轧，将通过（1）到（9）得到的包铝铸锭，经过热轧粘合和轧制，轧成厚度为7-10mm的铝卷，终轧温度为320℃-340℃；

步骤十一：第一次冷轧，使用30%的冷加工率将上述热轧得到的卷材进行冷轧，轧至5-7mm厚；

步骤十二：第一次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；

步骤十三：第二次冷轧，使用30%的冷加工率将由上述冷轧和退火得到的卷材进行冷轧，轧至3.5-5mm厚；

步骤十四：第二次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；

步骤十五：第三次冷轧，使用20%的冷加工率将得到的卷材继续进行冷轧，轧至2.8-4mm厚；

步骤十六：第三次退火，采用340/1.5h工艺进行卷式退火；

步骤十七：第四次冷轧，使用28%的冷加工率将得到的卷材继续进行冷轧，轧至2.0-3.0mm厚；

步骤十八：矫直，使用11辊矫直机对材料进行矫直，改善板型；

步骤十九：精密锯，将上述得到的板材按照设定尺寸进行锯切，进一步得到符合宽度和长度公差的产品。

2.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，其特征在于：晶粒细化：采用晶粒细化剂Al-5Ti-0.2B丝对熔体进行细化，Ti丝加入量1.0kg/1tAl。