CN113416860A

CN113416860A - 一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法

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Publication number: CN113416860A
Application number: CN202110546384.7A
Authority: CN
Inventors: 孙宏; 戴松; 李学平; 朱维峰; 姚军华; 范丽珠
Original assignee: Jiangsu Guoxin Aluminum Co ltd
Current assignee: Jiangsu Guoxin Aluminum Co ltd
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2021-09-21

Abstract

本发明公开了一种Mg合金化高强度高冲压性能高表面质量的铝合金及其制备方法，包括Al、Mg、Fe、Mn、Si，其中，Mg的质量百分比为0.5~1.5%，Fe的质量百分比为0.05~0.15%，Mn的质量百分比为0.10%,Fe的质量百分比与Si质量百分比为2~2.5：1，其它杂质元素的质量百分比均小于等于0.05%，其余为铝，通过Mg合金化提高铝合金强度、冲压性能、表面质量的工艺方法依次包括：（1）熔炼、（2）半连续铸造、（3）均匀化退火、（4）挤压、（5）冲裁、（6）拉深、（7）阳极氧化，本发明通过成分控制，提高了铝合金的强度，提高了铝合金的表面质量，其中Fe、Si、Mn元素形成的MMn、MSiFe、MSiMn对晶粒产生了细化作用；提高铝合金的冲压性能，将原有材料的7次拉深减少为3次拉深，提高效率节省成本；缩短阳极氧化时间，将氧化时间从原来的8分钟减少到3分钟。

Description

一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其是一种新型镁5000系5070型铝合金及其制备方法，具体地说是涉及到一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法。

背景技术

现化妆品瓶盖料主要采用工业纯铝为材料，其具有加工难度小，生产效率高等优点，但因材质偏软，环境适应力差易腐蚀，在外力的情况下很容易变形或出现不可修复的缺陷，影响产品美观，为保证瓶盖强度，因此一般采用增加壁厚方式来解决，导致产品重量加大。在化妆品产品中，瓶盖外观受损、光泽度差或手感重，将极大影响对产品的购买欲望，降低品牌信誉度。

而5系合金铝代表5052、5005、5083、5A05系列，其主要元素为镁，含镁量在3~5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，塑性与耐腐蚀性高，可抛光。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列，常用在航空方面。通过5系材料的冲杯实验，国标5系合金铝材料不能满足化妆品瓶盖产品条件，必须通过调整化学成分达到深冲要求，并还需使产品表面达到极强的硬度、优质的外观色泽和产品轻量化，合金铝要具有极高抗拉强度、极好的延长率，且材料密度低、耐腐蚀。 CN201811256397.5公开了一种高亮度化妆品瓶盖用铝合金及生产方法，通过优化铝基材的化学成分和生产工艺，解决了抛光阳极氧化表面白线条和需要深度机械抛光的现状，但合金在成型时其内的晶粒无法细化，导致铝合金的表面质量不佳，同时该生产过程中，材料需要进行较多次的拉伸，阳极氧化时间较长，使得合金整体的强度、冲压性能不佳，因此，亟需本领域技术人员设计出一种新型的铝合金材料及生产方法。

发明内容

本发明要解决的问题是

为了解决上述问题，本发明提供了一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金，包括Al、Mg、Fe、Mn、Si，元素组分包括如下重量百分比：所述Mg的质量百分比为0.5~1.5%，Fe的质量百分比为0.05~0.15%，Mn的质量百分比为0.07~0.13%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2~2.5：1，其它杂质元素的质量百分比均不大于0.05%，其余为Al。

作为优选地，所述Mg的质量百分比为0.63%，Fe的质量百分比为0.087%，Mn的质量百分比为0.92%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2.1：1，其它杂质元素的质量百分比均等于0.034%，其余为Al。

作为优选地，元素组分包括如下重量百分比：所述Mg的质量百分比为1.17%，Fe的质量百分比为0.13%，Mn的质量百分比为0.1%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2.35：1，其它杂质元素的质量百分比均小于等于0.014%，其余为Al。

作为优选地，所述的Mn以Al-Mn中间合金的形式加入，所述Mn的含量为10.02%，Si以Al-Si中间合金的形式加入，所述Si的含量为20.01%。

作为优选地，所述的Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金的制备方法，依次包括如下步骤：S1熔炼、S2半连续法铸锭、S3多级均匀化退火、S4热轧制、S5冷轧制、S6调质退火、S7剪切冲压、S8拉深成形、S9、阳极氧化；

S1、熔炼：先将坩埚电磁炉升温到850℃，保温半小时，去除炉内的水分和氧气。熔炼时先将工业纯Al、纯Fe、Al-Mn中间合金、Al-Si中间合金加入，待40min全部融化后，搅拌均匀，加入C2Cl6除气，并调节控制温度至750℃，静置一段时间之后待降温到730℃加入工业纯Mg，加入Mg块时需用铝箔纸包裹，防止与空气接触燃烧挥发，并用夹子将其压到底部轻轻搅拌使其快速均匀扩散，保温15min后用铁棒搅拌均匀，加入适量C2Cl6除气，并保温20min出水浇铸；

S2、半连续法铸锭：浇铸温度即分配流槽入口温度为710±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，浇铸速度50±1mm/min；

S3、多级均匀化退火：将铸锭进行多级均匀化退火：具体工艺为420℃×2h+ 460℃×2h+500℃×2h+520℃×10h，切头、切尾铣面；

S4、热轧制：热轧制工艺是先将试样在430℃保温2h，轧制速度为80m/min，热轧厚度为6.8mm，风冷卷捆；

S5、冷轧制：将厚度为6.8mm卷板分三道次轧制成后工序产品需用的规格薄板；

S6、调质退火：将轧制后的薄板料卷按升温降温保温程序设计，各温段时间控制：220℃/4h+306℃/5.5h+280℃/5.5h；

S7、剪切冲压：将薄铝板裁剪成各种规格铝带料冲压半成品坯料；

S8、拉深成形：对半成品制件进行分步拉深，共进行三道次拉深获得成品；

S9、阳极氧化：对成品进行阳极氧化，氧化电压为11.5V～15V，电流密度为1.2～2A/dm2，电解液为浓硫酸和酒石酸的混合液，电解液浓度为180～200g/L，所述电解液浓度是指电解液中所有溶质与溶剂的质量体积比；所述阳极氧化中电解液温度为18℃～21℃。

采用上述结构，其有益效果在于：

（1）本发明公开了一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法，通过对成分的控制，提高了铝合金的强度，相较于10系铝合金的100MPa左右，该铝合金达到了200MPa左右；

（2）本发明公开了一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法，通过对成分的控制，其中Fe、Si、Mn元素形成的MMn、MSiFe、MSiMn对晶粒产生了细化作用，提高了铝合金的表面质量；

（3）本发明公开了一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法，通过对成分的控制，提高了铝合金的冲压性能，将原有材料的7次拉深减少为3次拉深，提高效率节省成本；

（4）本发明公开了一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法，通过对成分的控制，将阳极氧化的氧化时间从原8分钟减少到3分钟，大大缩短了氧化时间，更加环保。

附图说明

图1是本发明Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法的流程图。

图2是本发明Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金及其制备方法的强度和硬度实验数据图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

实施例一：一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金，包括Al、Mg、Fe、Mn、Si，其特征在于，元素组分包括如下重量百分比：所述Mg的质量百分比为0.5~1.5%，Fe的质量百分比为0.05~0.15%，Mn的质量百分比为0.07~0.13%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2~2.5：1，其它杂质元素的质量百分比均不大于0.05%，其余为Al。

实施例二：所述Mg的质量百分比为0.63%，Fe的质量百分比为0.087%，Mn的质量百分比为0.92%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2.1：1，其它杂质元素的质量百分比均等于0.034%，其余为Al。

实施例三：元素组分包括如下重量百分比：所述Mg的质量百分比为1.17%，Fe的质量百分比为0.13%，Mn的质量百分比为0.1%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2.35：1，其它杂质元素的质量百分比均小于等于0.014%，其余为Al。

实施例四：所述的Mn以Al-Mn中间合金的形式加入，所述Mn的含量为10.02%，Si以Al-Si中间合金的形式加入，所述Si的含量为20.01%，其余技术方案与实施例一或二或三相同。

实施例五：制备Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金的制备方法，包括如下步骤：

熔炼工艺过程为：先将坩埚电磁炉升温到850℃，保温半小时，去除炉内的水分和氧气。熔炼时先将工业纯Al、纯Fe、Al-Mn中间合金(10.02%Mn)、Al-Si中间合金(20.01%Si)加入，待约40min全部融化后，搅拌均匀，加入C2Cl6除气，并调节温度至750℃，静置15min之后待降温到750℃加入工业纯Mg，加入Mg块时需用铝箔纸包裹，防止与空气接触燃烧，并用夹子将其压到底部轻轻搅拌使其快速均匀扩散。保温15min后用铁棒搅拌均匀，加入适量C2Cl6除气，并保温20min；

半连续铸造：将熔锭进行半连续铸造，浇铸温度(通常为分配流槽入口温度)690℃，铸造冷却水量2600L/min，浇铸速度50mm/min。

均匀化退火：将得到的铸锭进行退火，多级均匀化退火具体工艺为420℃×2h+460℃×2h+500℃×2h+520℃×10 h，切头、切尾铣面；

挤压：将得到的铝合金锭在55MN挤压机中挤压成型，得到厚度为14mm的铝合金型材。将所述铝合金锭加热至510℃，温度梯度为8℃，挤压成型过程中挤压筒温度为420℃，挤压模具的温度为480℃，挤压速度为5m/min。挤压后，将型材在550℃条件下保温5小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火5分钟，控制淬火转移时间不超过8秒，最后在200℃条件下保温10小时，进行时效处理；

冲裁：对得到的板材使用100T冲压机进行冲裁，得到Φ20mm厚度约为10mm的圆柱；

拉深：通过冲床对得到的铝合金圆片进行多次拉深，共经过三次拉深得到符合要求的产品；

阳极氧化：对产品进行阳极氧化工艺，氧化电压为15V，电流密度为1.5A/dm2，电解液为浓硫酸和酒石酸的混合液，电解液浓度为200g/L，电解液温度为20℃，花费了3min左右完成。

经过上述步骤即获得所述的Mg合金化高强度高冲压性能高表面质量的铝合金，合金的具体成分采用德国SPECTRO MAXx光谱仪测量显示1.48%Mg，0.151%Fe，0.10%Mn，0.073%Si，余量为铝和杂质元素。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体的使用方式对本发明的上述技术方案进行详细说明。

具体工作过程为：熔炼：先将坩埚电磁炉升温到850℃，保温半小时，去除炉内的水分和氧气。熔炼时先将工业纯Al、纯Fe、Al-Mn中间合金、Al-Si中间合金加入，待40min全部融化后，搅拌均匀，加入C2Cl6除气，并调节控制温度至750℃，静置一段时间之后待降温到730℃加入工业纯Mg，加入Mg块时需用铝箔纸包裹，防止与空气接触燃烧挥发，并用夹子将其压到底部轻轻搅拌使其快速均匀扩散，保温15min后用铁棒搅拌均匀，加入适量C2Cl6除气，并保温20min出水浇铸；半连续法铸锭：浇铸温度即分配流槽入口温度为710±5℃，铸造冷却水量2600±50L/min，浇铸速度50±1mm/min；多级均匀化退火：将铸锭进行多级均匀化退火：具体工艺为420℃×2h+ 460℃×2h+500℃×2h+520℃×10h，切头、切尾铣面；热轧制：热轧制工艺是先将试样在430℃保温2h，轧制速度为80m/min，热轧厚度为6.8mm，风冷卷捆；冷轧制：将厚度为6.8mm卷板分三道次轧制成后工序产品需用的规格薄板；调质退火：将轧制后的薄板料卷按升温降温保温程序设计，各温段时间控制：220℃/4h+306℃/5.5h+280℃/5.5h；剪切冲压：将薄铝板裁剪成各种规格铝带料冲压半成品坯料；拉深成形：对半成品制件进行分步拉深，共进行三道次拉深获得成品；对成品进行阳极氧化。氧化电压为11.5V～15V，电流密度为1.2～2A/dm2，电解液为浓硫酸和酒石酸的混合液，电解液浓度为180～200g/L，所述电解液浓度是指电解液中所有溶质与溶剂的质量体积比；所述阳极氧化中电解液温度为18℃～21℃。

经过上述步骤即获得所述的Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所述发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金，包括Al、Mg、Fe、Mn、Si，其特征在于，元素组分包括如下重量百分比：所述Mg的质量百分比为0.5~1.5%，Fe的质量百分比为0.05~0.15%，Mn的质量百分比为0.07~0.13%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2~2.5：1，其它杂质元素的质量百分比均不大于0.05%，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金，其特征在于，所述Mg的质量百分比为0.63%，Fe的质量百分比为0.087%，Mn的质量百分比为0.92%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2.1：1，其它杂质元素的质量百分比均等于0.034%，其余为Al。

3.根据权利要求1所述的Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金，其特征在于，元素组分包括如下重量百分比：所述Mg的质量百分比为1.17%，Fe的质量百分比为0.13%，Mn的质量百分比为0.1%，所述Fe的质量百分比与Si的质量百分比的比例为2.35：1，其它杂质元素的质量百分比均小于等于0.014%，其余为Al。

4.根据权利要求1所述的Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金，其特征在于：所述的Mn以Al-Mn中间合金的形式加入，所述Mn的含量为10.02%，Si以Al-Si中间合金的形式加入，所述Si的含量为20.01%。

5.一种权利要求4所述的Mg合金化高强度高冲压性能的铝合金的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：S1熔炼、S2半连续法铸锭、S3多级均匀化退火、S4热轧制、S5冷轧制、S6调质退火、S7剪切冲压、S8拉深成形、S9、阳极氧化；

S1、熔炼：先将坩埚电磁炉升温到850℃，保温半小时，去除炉内的水分和氧气，熔炼时先将工业纯Al、纯Fe、Al-Mn中间合金、Al-Si中间合金加入，待40min全部融化后，搅拌均匀，加入C2Cl6除气，并调节控制温度至750℃，静置一段时间之后待降温到730℃加入工业纯Mg，加入Mg块时需用铝箔纸包裹，防止与空气接触燃烧挥发，并用夹子将其压到底部轻轻搅拌使其快速均匀扩散，保温15min后用铁棒搅拌均匀，加入适量C2Cl6除气，并保温20min出水浇铸；

S9、阳极氧化：对成品进行阳极氧化,氧化电压为11.5V～15V，电流密度为1.2～2A/dm2，电解液为浓硫酸和酒石酸的混合液，电解液浓度为180～200g/L，所述电解液浓度是指电解液中所有溶质与溶剂的质量体积比；所述阳极氧化中电解液温度为18℃～21℃。