CN112195424A - 一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺，工艺流程为：配料、熔铸、三级均匀化、热轧、冷轧、固溶淬火和时效，其中冷轧工序中的中间退火采用双级退火工艺，双级退火制度为200℃/2h+380℃/4h，固溶淬火采用阶梯固溶+分段淬火的形式，具体工艺为：以5℃/s的速度升至520℃，在520℃保温10s，然后以5℃/s的速度升至560℃，在560℃保温10s，然后立即进行强水淬，以40～100℃/s的速率降至300℃，之后用强风冷，以10～40℃/s的速度冷至室温，解决现有技术未对影响铝合金汽车板成型性的根本因素r值及r值均匀性进行分析和优化，导致6016铝合金汽车外板冲压成型效果不佳的问题。

Description

一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺。
背景技术
铝合金具有一系列优良的使用性能，最大的特点就是比强度高，且其表面着色容易，还可以回收再利用，加上其耐腐蚀等高品质性能已经成为了最佳的汽车轻量化材料。
整车轻量化的关键部分集中在汽车车身，车身重量约占总量的百分之三十，降低车身重量是最简洁的轻量化方式。目前，车身用变形铝合金板材主要牌号：2000系、5000系和6000系铝合金，其中2000系和6000系铝合金为可热处理强化合金。其中6000系铝合金由于成型性好，烤漆强度高，耐腐蚀，无吕德斯带等优点，在汽车工业应用越来越广泛。尤其欧洲、日本更比较青睐6016铝合金汽车板。
对于铝合金汽车板，冲压成型是材料后续使用过程中的关键工序，因此可以表征材料成形性能的参数是合金生产中比较重要的研究方向。合金的r值是板材塑性各向异性的量度，是衡量板材拉伸性能的一个重要指标，一般来讲r值越大，板材的深冲性能越好。r值的均匀性可以表述为塑性应变比平面各向异性度(△r)，其中：
Figure BDA0002750435380000011
△r影响的主要是板材的三个方向的各向异性程度以及制耳率，对于汽车板希望这个△r越小越好。但目前对6016汽车板的研究及专利，通常针对材料强度进行优化与分析，如申请号为CN201410064892.1的发明专利公开了“一种汽车车身外板用高烤漆硬化铝合金材料及其制备方法”，该专利仅针对汽车板的烤漆性能进行了优化。申请号为CN95107003.7的发明专利公开了“成型性和加热硬化性优良的铝合金板材的制造方法”，该专利主要针对烤漆强度进行的分析，对成型性的分析仅依靠杯突实验表征。鲜有专利对影响成型性的根本因素r值及r值均匀性进行分析和优化。而对于6016铝合金汽车外板，冲压成型是生产过程中非常关键的一个环节，因此对材料r值和r值均匀性的优化是非常有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术未对影响铝合金汽车板成型性的根本因素r值及r值均匀性进行分析和优化，导致6016铝合金汽车外板冲压成型效果不佳的问题，提供一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺，从影响r值的根源进行分析，通过工艺的调整，获得高r值和高r值均匀性的6016铝合金汽车外板材料，可广泛应用于工业生产。
为达到上述目的，本发明提供一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～1.2％、Fe：0.15～0.4％、Cu：0.10％、Mn：0.10％、Mg：0.3～0.5％、Cr：0.10％、Zn：0.10％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至500℃保温2h，继续升温至560℃保温6h，最后降温至500℃保温2h；
D、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭在500℃进行热轧，其中粗轧道次17个，最大压下量35mm，粗轧后中间坯厚度30-40mm，粗轧后铝合金板进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33％-40％-37％-34％，获得6mm厚度热轧卷，打卷温度275-300℃；
E、冷轧：将热轧后的铝合金板材按照6mm-4mm-3mm-中间退火-1.8mm-1.2mm-1mm进行冷轧，其中中间退火采用双级退火工艺，双级退火制度为200℃/2h+380℃/4h；
F、固溶淬火：将冷轧卷在连退线进行固溶淬火处理，采用阶梯固溶+分段淬火的形式，具体工艺为：以5℃/s的速度升至520℃，在520℃保温10s，然后以5℃/s的速度升至560℃，在560℃保温10s，然后立即进行强水淬，以40～100℃/s的速率降至300℃，之后用强风冷，以10～40℃/s的速度冷至室温；
G、时效：将固溶淬火后的卷材经过酸洗钝化后进预时效，即加热至85～105℃打卷，之后转移至箱式炉，由风机控制冷却速率，以3.5℃/h的速率降温至30℃出炉。
进一步，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度700～760℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，成分符合要求则通过深床过滤设备过滤后进行铸造，获得6016铝合金铸锭。
进一步，步骤B中铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn。
进一步，步骤B液体铝合金置于630mm×1620mm的结晶器铸造铝合金铸锭。
进一步，步骤F将冷轧后的铝合金卷材置于辊底炉中进行固溶淬火处理。
本发明的有益效果在于：
本发明所公开的提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺，通过双级中退、阶梯固溶和分段淬火的工艺，结合合适的热轧和冷轧道次，使合金内部织构类型和分布获得良好的调控，从而获得高r值和高r值均匀性的6016铝合金材料，其非常适合用于制作形状复杂的汽车板外板，可加快汽车轻量化进程，并对其他领域高性能铝合金的生产与开发具有一定的指导作用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例
如图1所示一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～1.2％、Fe：0.15～0.4％、Cu：0.10％、Mn：0.10％、Mg：0.3～0.5％、Cr：0.10％、Zn：0.10％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn，经扒渣、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度700～760℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，精炼后的铝合金熔体在720±5℃静置20min，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，成分符合要求则通过深床过滤设备过滤后进行铸造，获得6016铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至500℃保温2h，继续升温至560℃保温6h，最后降温至500℃保温2h；
D、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭在500℃进行热轧，其中粗轧道次17个，最大压下量35mm，粗轧后中间坯厚度30-40mm，粗轧后铝合金板进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33％-40％-37％-34％，获得6mm厚度热轧卷，打卷温度275-300℃；
E、冷轧：将热轧后的铝合金板材按照6mm-4mm-3mm-中间退火-1.8mm-1.2mm-1mm进行冷轧，其中中间退火采用双级退火工艺，双级退火制度为200℃/2h+380℃/4h；
F、固溶淬火：将冷轧卷在连退线进行固溶淬火处理，采用阶梯固溶+分段淬火的形式，具体工艺为：以5℃/s的速度升至520℃，在520℃保温10s，然后以5℃/s的速度升至560℃，在560℃保温10s，然后立即进行强水淬，以40～100℃/s的速率降至300℃，之后用强风冷，以10～40℃/s的速度冷至室温；
G、时效：将固溶淬火后的卷材经过酸洗钝化后进预时效，即加热至85～105℃打卷，之后转移至箱式炉，由风机控制冷却速率，以3.5℃/h的速率降温至30℃出炉。
对比例
一种6016铝合金板的制备工艺，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～1.2％、Fe：0.15～0.4％、Cu：0.10％、Mn：0.10％、Mg：0.3～0.5％、Cr：0.10％、Zn：0.10％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn，经扒渣、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度700～760℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，成分符合要求则通过深床过滤设备过滤后进行铸造，获得6016铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至500℃保温2h，继续升温至560℃保温6h，最后降温至500℃保温2h；
D、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭在500℃进行热轧，其中粗轧道次17个，最大压下量35mm，粗轧后中间坯厚度30-40mm，粗轧后铝合金板进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33％-40％-37％-34％，获得6mm厚度热轧卷，打卷温度275-300℃；
E、冷轧：将热轧后的铝合金板材按照6mm-4mm-3mm-中间退火-1.8mm-1.2mm-1mm进行冷轧，其中中间退火采用普通退火工艺，退火制度为350℃保温4h；
F、固溶淬火：将冷轧卷在连退线进行固溶淬火处理，在560℃保温10s，然后风冷至室温；
G、时效：将固溶淬火后的卷材经过酸洗钝化后进预时效，即加热至85～105℃打卷，之后室温环境下降至常温。
实施例和对比例获得的成品力学性能如表1所示：
表1
Figure BDA0002750435380000051
通过对比可以发现，在其他性能接近或较优的基础上，实施例三个方向的r值均高于对比例，且△r值远小于对比例，说明实施例的r值均匀性也较优。
r值为塑性应变比，是板材塑性各向异性的量度，也是评价材料冲压成形性的关键指标之一，r值越高其冲压成形性尤其是拉伸成形性能则越好。
△r值是材料r值在三个方向上的均匀性，△r值小说明材料的各向异性较小，在受到多方向变形时更不易由于变形不均而产生开裂。
影响r值的因素主要是合金内部的织构特征，不同的织构类型和分布会影响三个方向r值的大小。其中Cube织构和Goss织构主要为再结晶过程中形成，且为热处理退火后板材内的主要织构组分；S、R、Copper和Brass织构主要在冷轧过程中形成，如果退火前冷轧加工率过大或者退火时升温速度过高，合金的再结晶程度就比较完全，这些冷轧织构在板材中的组分就比较少，从而造成45°方向的r值较低，这就是普通工艺生产的6016在45°方向r值较低的原因。
6016从整个生产路径上看是经历了两个退火工序，一个是中间退火，一个是固溶时附带的退火效果。中间退火一般影响到第二相粒子的PSN作用，进而对合金内部织构分布产生影响。本专利中间退火采用双级中退的形式，进一步释放合金冷轧变形的残余应力，使合金晶粒尽可能通过连续再结晶的方式长大，从而保留有一定量的轧制织构，进而在一定程度上提升45°方向的r值。
成品退火则主要影响内部织构的成长方式以及各织构组分的密度。本专利采用阶梯固溶和分段淬火的工艺，避免退火温度直接升高，使得细小的析出相抑制了多数取向晶粒的形核，但是Cube取向和R取向的晶粒由于对称性较高，可以在温度较低时形核，随温度的上升进一步发生晶粒长大，在其他取向的晶粒形核被抑制的情况下，Cube取向和R取向的晶粒可以较多的形核、长大，最终在分段淬火后保留有较多的Cube和R再结晶织构，从而使得合金整体r值较高。
综上所述，本发明通过双级中退、阶梯固溶和分段淬火的工艺，结合合适的热轧和冷轧道次，使6016铝合金内部织构类型和分布获得良好的调控，使得合金的r值极其均匀性得到整体的提升，最终获得成形性能优异的6016合金，非常适合冲压形状复杂的汽车外板部件
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种提高6016铝合金板r值及其均匀性的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～1.2％、Fe：0.15～0.4％、Cu：0.10％、Mn：0.10％、Mg：0.3～0.5％、Cr：0.10％、Zn：0.10％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至500℃保温2h，继续升温至560℃保温6h，最后降温至500℃保温2h；
D、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭在500℃进行热轧，其中粗轧道次17个，最大压下量35mm，粗轧后中间坯厚度30-40mm，粗轧后铝合金板进行四连轧精轧，四个道次压下量分别为33％-40％-37％-34％，获得6mm厚度热轧卷，打卷温度275-300℃；
E、冷轧：将热轧后的铝合金板材按照6mm-4mm-3mm-中间退火-1.8mm-1.2mm-1mm进行冷轧，其中中间退火采用双级退火工艺，双级退火制度为200℃/2h+380℃/4h；
F、固溶淬火：将冷轧卷在连退线进行固溶淬火处理，采用阶梯固溶+分段淬火的形式，具体工艺为：以5℃/s的速度升至520℃，在520℃保温10s，然后以5℃/s的速度升至560℃，在560℃保温10s，然后立即进行强水淬，以40～100℃/s的速率降至300℃，之后用强风冷，以10～40℃/s的速度冷至室温；
G、时效：将固溶淬火后的卷材经过酸洗钝化后进预时效，即加热至85～105℃打卷，之后转移至箱式炉，由风机控制冷却速率，以3.5℃/h的速率降温至30℃出炉。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度700～760℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，成分符合要求则通过深床过滤设备过滤后进行铸造，获得6016铝合金铸锭。
3.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，步骤B中铝合金原料采用工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Fe、中间合金Al-Mn。
4.如权利要求3所述的制备工艺，其特征在于，步骤B液体铝合金置于630mm×1620mm的结晶器铸造铝合金铸锭。
5.如权利要求4所述的制备工艺，其特征在于，步骤F将冷轧后的铝合金卷材置于辊底炉中进行固溶淬火处理。
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