CN112553485A - 一种高成形性5754铝合金板的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金加工制造领域，涉及一种高成形性5754铝合金板的制备工艺，铝合金原料按照重量百分比进行配料，即Si≤0.15％、Fe：0.20～0.35％、Cu≤0.10％、Mn：0.20～0.30％、Mg：2.80～3.10％、Cr：0.08～0.12％、Zn≤0.08％、Ti：0.01～0.03％，单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，通过合适的均匀化温度，铸锭保温后消除晶内偏析，枝晶偏析，减少粗大的非平衡相和共晶相，使得铸锭组织和成分更均匀，控制热轧速度，促进析出相充分破碎，冷轧阶段通过控制压下量以及增加一道中间退火，最终成品获得良好的成形性能和综合力学性能。

Description

一种高成形性5754铝合金板的制备工艺
技术领域
本发明属于铝合金加工制造领域，涉及一种高成形性5754铝合金板的制备工艺，尤其涉及一种高成形性5754-O态铝合金板的制备工艺。
背景技术
随着工业水平的不断发展，汽车行业对于制造材料的轻量化要求越来越高。铝合金作为一种可再生能源，在满足工业材料性能的要求下，能最大限度的实现材料的轻量化，达到节能减排的目的。
现有的工艺制造出的5754-O态合金在后续的冲压成形过程中存在较高的开裂倾向，在冲压深度较大位置容易出现缩颈或者开裂。在铝合金制造过程中，热轧前的均匀化以及在冷轧阶段增加一道中间退火，对于成品材料塑性以及冲压成形性能提高有着重要作用。由于铸造过程中的非平衡凝固以及快速冷却过程中的成分过冷现象，造成铸锭不可避免的存在晶内偏析和粗大的非平衡相，以及一定量的低熔点粗大共晶相，这些在成品中如不能及时消除，将严重影响材料的成形性能，降低材料的塑性，引起零部件冲压开裂。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有制备工艺制备的5754-O态铝合金，成品材料成形性能不够，在零部件冲压成形过程中存在开裂风险的问题，提供一种高成形性5754铝合金板的制备工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种高成形性5754铝合金板的制备工艺，包括以下步骤：
A、配料：将5754铝合金原料按照重量百分比进行配料，即Si≤0.15％、Fe：0.20～0.35％、Cu≤0.10％、Mn：0.20～0.30％、Mg：2.80～3.10％、Cr：0.08～0.12％、Zn≤0.08％、Ti：0.01～0.03％，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加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在加热炉中进行均匀化热处理，即铝合金铸锭升温至540～560℃，保温4～8h，之后降温到500℃保温2h；在最大化节约能源的前提下，实现铸锭均匀化，能够有效提高最终产品的综合力学性能，比普通没有经过均匀化的产品具有更好的冲压成形性能，更高的断裂延伸率；均匀化后铝合金铸锭的保温过程，能够减轻晶内成分偏析，消除非平衡相，组织平衡化，减少过剩相，亚稳相消失，促进金属间化合物由针状β相向α相转变。
D、热轧：均匀化后的铝合金铸锭转移至热轧机进行热轧，热轧采用1+5机架进行轧制，铸锭经R1粗轧后，设定中间坯厚度50mm，中间坯温度400～440℃，进入五机架精轧后提高轧制速度，热轧速度为2.0～2.2m/s，通过高速轧制保证化合物充分破碎，充分进行动态再结晶，热轧终轧温度320±10℃，终轧厚度选择4.0±0.1mm，得到完全再结晶的热轧坯料；保证热轧采用高速轧制的方式，是本发明的一个关键控制工艺，能够促进合金在热轧过程中进行充分的动态再结晶，得到组织更加均匀的热轧坯料。
E、冷轧：热轧后的铝合金卷材冷轧至1.6mm后进行热处理中间退火，铝合金卷材芯部到达320℃后保温2h，之后出炉自然冷却至室温，得到完全O态的中间退火组织，卷材冷却至室温后继续进行冷轧，冷轧加工率为30～40％，冷轧后铝合金卷材厚度1.03mm，冷轧后铝合金卷材毛化轧制到1.0mm；
F、成品退火：冷轧后的铝合金卷材在连续式气垫炉完成最终退火，铝合金卷材传输速度为60～80mm/s，保证金属在480～490℃区间保温20s，通过差温保温，保证材料充分固溶，退火后铝合金卷材进行在线涂油，在线涂油能够保证后续客户冲压过程中实现充分的润滑，保证零件冲压质量。
进一步，步骤B中铝合金铸锭采用电磁搅拌铸造，熔炼选择炉顶控温模式，熔炼过程铝液温度控制在720～760℃，铸造过程中引锭头牵引铸造，铸锭单面铣面量≥8mm。
进一步，步骤C中通过设定炉气温度对铝合金铸锭进行升温，其升温速率为70～80℃/h，铸锭温度到达目标温度540～560℃后保温4～8h，保温结束后风冷降温至500℃保温2h，降温速率为20℃/h。
进一步，步骤E中卷材芯部和表层焊入热电偶后整体装入推进式加热炉中，炉气温度设定为380℃进行卷材升温，当卷材表面达到320℃后炉气温度降至320℃，待卷材芯部到达320℃后，保温2h。
进一步，步骤E中轧辊通过等离子电火花毛化，轧辊表面粗糙度大于1.0μm，得到电火花处理的织构花样。
进一步，步骤F中铝合金卷材在线涂油后的干油量为0.7～1.0g/m2。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的高成形性5754铝合金板的制备工艺，通过合适的均匀化温度，铸锭保温后消除晶内偏析，枝晶偏析，减少粗大的非平衡相和共晶相，使得铸锭组织和成分更均匀，控制热轧速度，促进析出相充分破碎，冷轧阶段通过控制压下量以及增加一道中间退火，最终成品获得良好的成形性能和综合力学性能。
2、本发明所公开的高成形性5754铝合金板的制备工艺，与现有技术相比，在节约能源的基础上，最大的优点就是提高了材料的断裂延伸率，使得材料在三个方向上力学性能更加均匀，改进了材料的成形性能，实现了5754铝合金材料在汽车零部件冲压领域的应用，改善了冲压过程中的废品率，降低了零部件冲压成本。
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为本发明实施例热轧坯料析出相显微组织图；
图2为本发明对比例热轧坯料析出相显微组织图；
图3为本发明实施例中热轧坯料的金相组织图；
图4为本发明实施例中冷轧坯料毛化轧制后的织构花样形貌图；
图5为本发明实施例制备的铝合金板成品在三个方向上的拉伸曲线。
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
一种高成形性5754铝合金板的制备工艺，包括以下步骤：
A、配料：将5754铝合金原料按照重量百分比进行配料，即Si：0.15％、Fe：0.35％、Cu：0.10％、Mn：0.30％、Mg：3.10％、Cr：0.12％、Zn：0.08％、Ti：0.03％，杂质≤0.05％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金铸锭采用电磁搅拌铸造，熔炼选择炉顶控温模式，熔炼过程铝液温度控制在720～760℃，铸造过程中引锭头牵引铸造，铸锭单面铣面量≥8mm；铝合金铸锭尺寸为630mm*1380mm*7400mm，将铸锭铣面切头尾，锯铣之后尺寸为610mm*1350mm*7000mm；
C、均匀化：将铝合金铸锭在加热炉中进行均匀化热处理，即通过设定炉气温度对铝合金铸锭进行升温，其升温速率为70～80℃/h，铸锭温度到达目标温度540℃后保温6h，保温结束后风冷降温至500℃保温2h，降温速率为20℃/h；在最大化节约能源的前提下，实现铸锭均匀化，能够有效提高最终产品的综合力学性能，比普通没有经过均匀化的产品具有更好的冲压成形性能，更高的断裂延伸率；均匀化后铝合金铸锭的保温过程，能够减轻晶内成分偏析，消除非平衡相，组织平衡化，减少过剩相，亚稳相消失，促进金属间化合物由针状β相向α相转变。
D、热轧：均匀化后的铝合金铸锭转移至热轧机进行热轧，热轧采用1+5机架进行轧制，铸锭经R1粗轧后，设定中间坯厚度50mm，中间坯温度420℃，进入五机架精轧后提高轧制速度，热轧速度为2.1m/s，通过高速轧制保证化合物充分破碎，充分进行动态再结晶，热轧终轧温度320℃，终轧厚度选择4.0mm，得到完全再结晶的热轧坯料；保证热轧采用高速轧制的方式，是本发明的一个关键控制工艺，能够促进合金在热轧过程中进行充分的动态再结晶，得到组织更加均匀的热轧坯料。热轧坯料析出相显微组织图如附图1所示，与附图2没有经过均匀化的热轧卷金相相比，合金没有粗大的初生相，因为经过固相线附近温度的长时间保温，过饱和固溶体分解，组织更均匀。对热轧坯料组织进行金相组织分析如图3所示，材料已经进行完全再结晶，得到晶粒均匀的O态金相组织。
E、冷轧：热轧后的铝合金卷材冷轧至1.6mm后进行热处理中间退火，铝合金卷材芯部和表层焊入热电偶后整体装入推进式加热炉中，炉气温度设定为380℃进行卷材升温，当卷材表面达到320℃后炉气温度降至320℃，待卷材芯部到达320℃后，保温2h，以保证材料进行冷轧后所储存的形核畸变能全部释放，得到均匀的组织，使得材料性能在轧制方向，垂直于轧制方向，以及与轧制方向成45°方向更加均匀。之后铝合金卷材出炉自然冷却至室温，得到完全O态的中间退火组织，卷材冷却至室温后继续进行冷轧，冷轧加工率为30～40％，冷轧后铝合金卷材厚度1.03mm，冷轧后铝合金卷材毛化轧制到1.0mm；轧辊通过等离子电火花毛化，轧辊表面粗糙度大于1.0μm，得到电火花处理的织构花样，形貌如图4所示；
F、成品退火：冷轧后的铝合金卷材在连续式气垫炉完成最终退火，铝合金卷材传输速度为60～80mm/s，保证金属在480～490℃区间保温20s，通过差温保温，保证材料充分固溶，退火后铝合金卷材进行在线涂油，铝合金卷材在线涂油后的干油量为0.7～1.0g/m2。在线涂油能够保证后续客户冲压过程中实现充分的润滑，保证零件冲压质量。最终对制成的成品进行力学性能测试，拉伸曲线如附图5所示，合金在三个方向上表现出比较均匀的力学性能。
对比例
对比例与实施例的区别在于，对比例缺少步骤C，即铝合金板材熔铸后直接进行热轧。
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 (6)

1.一种高成形性5754铝合金板的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将5754铝合金原料按照重量百分比进行配料，即Si≤0.15％、Fe：0.20～0.35％、Cu≤0.10％、Mn：0.20～0.30％、Mg：2.80～3.10％、Cr：0.08～0.12％、Zn≤0.08％、Ti：0.01～0.03％，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加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在加热炉中进行均匀化热处理，即铝合金铸锭升温至540～560℃，保温4～8h，之后降温到500℃保温2h；
D、热轧：均匀化后的铝合金铸锭转移至热轧机进行热轧，热轧采用1+5机架进行轧制，铸锭经R1粗轧后，设定中间坯厚度50mm，中间坯温度400～440℃，进入五机架精轧后提高轧制速度，热轧速度为2.0～2.2m/s，通过高速轧制保证化合物充分破碎，充分进行动态再结晶，热轧终轧温度320±10℃，终轧厚度选择4.0±0.1mm，得到完全再结晶的热轧坯料；
E、冷轧：热轧后的铝合金卷材冷轧至1.6mm后进行热处理中间退火，铝合金卷材芯部到达320℃后保温2h，之后出炉自然冷却至室温，得到完全O态的中间退火组织，卷材冷却至室温后继续进行冷轧，冷轧加工率为30～40％，冷轧后铝合金卷材厚度1.03mm，冷轧后铝合金卷材毛化轧制到1.0mm；
F、成品退火：冷轧后的铝合金卷材在连续式气垫炉完成最终退火，铝合金卷材传输速度为60～80mm/s，保证金属在480～490℃区间保温20s，退火后铝合金卷材进行在线涂油。
2.如权利要求1所述高成形性5754铝合金板的制备工艺，其特征在于，步骤B中铝合金铸锭采用电磁搅拌铸造，熔炼选择炉顶控温模式，熔炼过程铝液温度控制在720～760℃，铸造过程中引锭头牵引铸造，铸锭单面铣面量≥8mm。
3.如权利要求2所述高成形性5754铝合金板的制备工艺，其特征在于，步骤C中通过设定炉气温度对铝合金铸锭进行升温，其升温速率为70～80℃/h，铸锭温度到达目标温度540～560℃后保温4～8h，保温结束后风冷降温至500℃保温2h，降温速率为20℃/h。
4.如权利要求3所述高成形性5754铝合金板的制备工艺，其特征在于，步骤E中卷材芯部和表层焊入热电偶后整体装入推进式加热炉中，炉气温度设定为380℃进行卷材升温，当卷材表面达到320℃后炉气温度降至320℃，待卷材芯部到达320℃后，保温2h。
5.如权利要求4所述高成形性5754铝合金板的制备工艺，其特征在于，步骤E中轧辊通过等离子电火花毛化，轧辊表面粗糙度大于1.0μm，得到电火花处理的织构花样。
6.如权利要求5所述高成形性5754铝合金板的制备工艺，其特征在于，步骤F中铝合金卷材在线涂油后的干油量为0.7～1.0g/m2。
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