CN112157122A - 提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法，包括以下步骤：(1)将3003铝合金板材放入马弗炉中从室温随炉加热至590℃，保温6小时，随后水冷至室温；(2)将步骤(1)热处理后的3003铝合金板材放在液氮中浸泡10min，采用二辊轧机对浸泡好的3003铝合金板材进行深冷轧制，采用多道次轧制方式进行轧制，每道次压下量为原始厚度的9～11％，每道次轧制结束后，迅速放入液氮中浸泡10min，再进行下一道次的轧制；(3)将步骤(2)轧制后的3003铝合金板材进行室温拉伸。本发明的深冷加工方法制备的3003铝合金板材可同时显著提高板材的强度和塑性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金的加工技术领域，特别涉及一种同时提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法。
背景技术
3003铝合金是一种不可热处理强化，但可通过形变加工强化的形变铝合金。3003铝合金具有良好的耐腐蚀性能、导电性、导热性和焊接性能，被广泛应用于压力容器与管道、工程机械交换器、飞机油箱和油路导管等。3003铝合金抗拉强度较低，仅稍高于工业纯铝，这极大限制了3003铝合金在其他领域的应用。
作为结构材料用的3003铝合金必须具有高的强度和良好的塑性，3003铝合金目前的强化技术手段主要是形变强化，如等通道角挤压、高压扭转、普通室温轧制和累积叠轧等技术。这些形变强化技术中，等通道角挤压和高压扭转方法仅适用于小试样，且成本极高，无法实现大块板材的成形加工。累积叠轧工艺复杂，结合面结合强度较低。通过累积叠轧工艺加工的板材，强度可明显提高，但是当抗拉强度高于160MPa时，其延伸率却低于5％。对于普通轧制工艺加工的铝合金板材，其抗拉强度随应变量的增加而增加，但其延伸率却随着变形量的增加而显著降低。因此，这些形变强化方法都限制了3003铝合金的应用领域。因此，如何通过简单的形变加工工艺同时提高3003铝合金强度和塑性是铝合金应用领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、能够同时提高3003铝合金抗拉强度和塑性的深冷加工方法。本发明通过热处理和液氮深冷轧制相结合的方法，获得的3003铝合金板材的强度和塑性得到大幅度提高，显著高于室温轧制的3003铝合金板材。
本发明的技术方案如下：
提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法，包括以下步骤：
(1)将3003铝合金板材放入马弗炉中从室温随炉加热至590℃，保温6小时，随后水冷至室温；
(2)将步骤(1)热处理后的3003铝合金板材放在液氮中浸泡10min，采用二辊轧机对浸泡好的3003铝合金板材进行深冷轧制，采用多道次轧制方式进行轧制，每道次压下量为原始厚度的9～11％，一般为10％左右，每道次轧制结束后，迅速放入液氮中浸泡10min，再进行下一道次的轧制；
(3)将步骤(2)轧制后的3003铝合金板材进行室温拉伸。
所述的3003铝合金板材的化学成分的wt％为：Si 0.61、Fe 0.4、Cu 0.13、Mn1.26、Zn 0.10，Al余量。
步骤(2)中，板材轧制后最终的变形量分别为原始厚度的30％、50％和70％。
步骤(3)中拉伸，30％轧制变形量的合金板材的强度和延伸率分别为168.81MPa和15.52％；当轧制变形量为50％时，3003铝合金板材的强度和和延伸率分别为186.47MPa和12.67％；当轧制变形量为70％时，3003铝合金板材的强度高达203.60MPa，延伸率依然保持在9.55％。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、工艺简单、操作方便。
2、可以细化3003铝合金板材的晶粒，大幅度增加合金内部的位错密度，提高3003铝合金的力学性能。与普通室温轧制工艺相比，在相同变形量条件下本发明采用的加工技术可同时提高3003铝合金板材的抗拉强度和延伸率。
附图说明
图1为本发明实施例1的3003铝合金在液氮条件下轧制变形量为30％的工程应力应变曲线以及3003铝合金在室温条件下轧制变形量为30％的工程应力应变曲线图；
图2为本发明实施例2的3003铝合金在液氮条件下轧制变形量为50％的工程应力应变曲线以及3003铝合金在室温条件下轧制变形量为50％的工程应力应变曲线图；
图3为本发明实施例3的3003铝合金在液氮条件下轧制变形量为70％的工程应力应变曲线以及3003铝合金在室温条件下轧制变形量为70％的工程应力应变曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明进一步说明。
实施例1：
步骤1、首先将液氮倒入铁槽，待液氮的汽化稳定后，将长度、宽度和厚度分别为100mm、50mm和6mm的3003铝合金板材浸泡在液氮中，浸泡时间为10min。
步骤2、将轧机的轧辊表面涂上润滑油，开启轧机，轧辊转速设置为0.5m/min。
步骤3、待轧辊转动均匀后，对在液氮中浸泡10min的3003铝合金板材进行轧制变形。总轧制变形量3003铝合金原始板材厚度为30％，分3道次进行轧制，每道次变形量为原始板材厚度为10％。每道次轧制结束后，迅速将轧制样品放入液氮中进行浸泡，浸泡时间为10min。浸泡结束后，进行下一道次的轧制变形。直到总变形量达到3003铝合金原始板材厚度的30％，试验即可停止。
图1为液氮和室温条件下轧制变形量为30％的3003铝合金板材室温拉伸的工程应力应变曲线。从图中可以看出，液氮条件下轧制变形量为30％的3003铝合金的强度和和延伸率分别为168.81MPa和15.52％，室温轧制变形量为30％的3003铝合金的强度和和延伸率分别为145.65MPa和13.88％。液氮条件轧制后3003铝合金的强度和塑性分别比室温轧制变形后的3003铝合金板材的强度和塑性高15.9％和11.8％。
实施例2：
步骤1、首先将液氮倒入铁槽，待液氮的汽化稳定后，将长度、宽度和厚度分别为100mm、50mm和6mm的3003铝合金板材浸泡在液氮中，浸泡时间为10min。
步骤2、将轧机的轧辊表面涂上润滑油，开启轧机，轧辊转速设置为0.5m/min。
步骤3、待轧辊转动均匀后，对在液氮中浸泡10min的3003铝合金板材进行轧制变形。总轧制变形量3003铝合金原始板材厚度为50％，分5道次进行轧制，每道次变形量为原始板材厚度为10％。每道次轧制结束后，迅速将轧制样品放入液氮中进行浸泡，浸泡时间为10min。浸泡结束后，进行下一道次的轧制变形。直到总变形量达到3003铝合金原始板材厚度的50％，实验即可停止。
图2为液氮和室温条件下轧制变形量为50％的3003铝合金板材室温拉伸的工程应力应变曲线。从图中可以看出，液氮条件下轧制变形量为50％的3003铝合金的强度和和延伸率分别为186.47MPa和12.67％，室温轧制变形量为50％的3003铝合金的强度和和延伸率分别为171.22MPa和11.83％。液氮条件轧制后3003铝合金的强度和塑性分别比室温轧制变形后的3003铝合金板材的强度和塑性高8.9％和7.1％。
实施例3：
步骤1、首先将液氮倒入铁槽，待液氮的汽化稳定后，将长度、宽度和厚度分别为100mm、50mm和6mm的3003铝合金板材浸泡在液氮中，浸泡时间为10min。
步骤2、将轧机的轧辊表面涂上润滑油，开启轧机，轧辊转速设置为0.5m/min。
步骤3、待轧辊转动均匀后，对在液氮中浸泡10min的3003铝合金板材进行轧制变形。总轧制变形量3003铝合金原始板材厚度为70％，分7道次进行轧制，每道次变形量为原始板材厚度为10％。每道次轧制结束后，迅速将轧制样品放入液氮中进行浸泡，浸泡时间为10min。浸泡结束后，进行下一道次的轧制变形。直到总变形量达到3003铝合金原始板材厚度的70％，实验即可停止。
图3为液氮和室温条件下轧制变形量为70％的3003铝合金板材室温拉伸的工程应力应变曲线。从图中可以看出，液氮条件下轧制变形量为70％的3003铝合金的强度和和延伸率分别为203.60MPa和9.55％，室温轧制变形量为70％的3003铝合金的强度和和延伸率分别为186.54MPa和5.73％。液氮条件轧制后3003铝合金的强度和塑性分别比室温轧制变形后的3003铝合金板材的强度和塑性高9.2％和66.7％。
Claims (4)
1.提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将3003铝合金板材放入马弗炉中从室温随炉加热至590℃，保温6小时，随后水冷至室温；
(2)将步骤(1)热处理后的3003铝合金板材放在液氮中浸泡10min，采用二辊轧机对浸泡好的3003铝合金板材进行深冷轧制，采用多道次轧制方式进行轧制，每道次压下量为原始厚度的9～11％，每道次轧制结束后，迅速放入液氮中浸泡10min，再进行下一道次的轧制；
(3)将步骤(2)轧制后的3003铝合金板材进行室温拉伸。
2.根据权利要求1所述的提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法，其特征在于：步骤(2)中，板材轧制后最终的变形量分别为原始厚度的30％、50％和70％。
3.根据权利要求2所述的提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法，其特征在于：步骤(3)中拉伸，30％轧制变形量的合金板材的强度和延伸率分别为168.81MPa和15.52％；当轧制变形量为50％时，3003铝合金板材的强度和和延伸率分别为186.47MPa和12.67％；当轧制变形量为70％时，3003铝合金板材的强度高达203.60MPa，延伸率依然保持在9.55％。
4.根据权利要求1到3任一项所述的提高3003铝合金板材强度和塑性的深冷加工方法，其特征在于：所述的3003铝合金板材的化学成分的wt％为：Si 0.61、Fe 0.4、Cu 0.13、Mn1.26、Zn 0.10，Al余量。
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