CN114231864A - 一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法，包括以下步骤：A)将已均匀化处理的7xxx系铝合金扁锭加热后进行多道次轧制，所述多道次轧制的总变形量为75～85％，平均单道次压下量为15～30％；B)将步骤A)得到的板材坯料依次进行固溶‑淬火、预拉伸冷变形处理和时效处理。本发明提供的轧制方法制备的铝合金厚轧板沿厚度方向力学性能均匀性大幅提升；同时本发明提供的轧制方法简单，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料轧制技术领域，尤其涉及一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法。
背景技术
7xxx系超高强铝合金具有密度低、强度高、易加工等优点，是航空航天、轨道交通以及武器装备等领域的重要结构材料，在经济社会发展以及国防现代化建设中具有极其重要的作用。而7xxx系铝合金板材是其中一种重要的材料，热轧成形的铝合金板材厚度方向上组织和性能分布存在不均匀性，这与很多因素相关，例如铝合金熔炼过程中，冷却速率受铸锭壁厚影响而导致铸锭内成分分布不均匀；板材热轧变形过程中，厚度方向上表层与芯部变形不均匀，导致再结晶组织、第二相及织构等呈不均匀分布；此外较厚的板材表层与芯部淬火敏感性不同，也将导致板材厚度方向上的组织性能分布不均匀。因此，铝合金厚板厚度方向上组织与性能不均匀存在必然性，如何提升其厚度方向上性能均匀性已成为铝合金轧制领域的难题。
现有技术一般采用单道次小压下量的变形方法，但是该方法仍然难以改善其厚度方向性能的均匀性。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种7xxx系铝合金厚轧板的轧制方法，该轧制方法可提升铝合金厚轧板的性能均匀性。
有鉴于此，本申请提供了一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法，包括以下步骤：
A)将已均匀化处理的7xxx系铝合金扁锭加热后进行多道次轧制，所述多道次轧制的总变形量为75～85％，平均单道次压下量为15～30％；
B)将步骤A)得到的板材坯料依次进行固溶-淬火、预拉伸冷变形处理和时效处理。
优选的，所述加热前将所述铝合金扁锭入辊端上、下表面各开40°～50°坡口。
优选的，所述加热的温度为410～450℃，保温时间为2～3h。
优选的，所述总变形量为80％。
优选的，所述固溶-淬火具体为：所述固溶的温度为460～480℃，时间为1～3h，所述淬火为室温水淬火，所述淬火的转移时间小于10s。
优选的，所述预拉伸冷变形处理的冷变形量为1～3％。
优选的，所述时效处理为三级时效处理，所述三级时效处理具体为：100～120℃温度下保温24小时后，升温至150～160℃保温8小时，随后立即水淬，转移时间小于10秒，最后在100～120℃温度下保温24小时后出炉空冷。
本申请提供了一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法，其首先将7xxx系铝合金变形进行多道次轧制，再将得到的板材坯料依次进行固溶-淬火、预拉伸冷变形处理和时效处理；本申请在上述轧制过程中，利用较大平均单道次压下量的多道次轧制方法，使得变形沿厚度方向由表层传导至芯部，在提升表层与芯部变形均匀性的同时，调控铝合金厚度方向上粗大残余结晶相形态分布、织构分布以及再结晶分布，从而达到提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的目的，克服了现有7xxx系铝合金厚度方向表层与芯部性能差异较大的问题。本发明提供的轧制方法轧制工艺简单，适于工业化生产。
附图说明
图1a为1#、2#、3#试样板材厚度方向的抗拉强度，图1b为1#、2#、3#试样板材厚度方向的屈服强度；
图2a、b、c分别为3#试样板材表层、1/4层、芯部的粗大残余结晶相的分布图，图2d、e、f分别为2#试样板材表层、1/4层、芯部的粗大残余结晶相的分布图，图2g、h、i分别为1#试样板材表层、1/4层、芯部的粗大残余结晶相的分布图；
图3为图2中粗大残余结晶相平均尺寸的统计图；
图4a、b、c分别为3#试样板材表层、1/4层、芯部的晶粒形态分布图，图4d、e、f分别为2#试样板材表层、1/4层、芯部的晶粒形态分布图，图4g、h、i分别为1#试样板材表层、1/4层、芯部的晶粒形态分布图；
图5a为3#试样板材厚度方向各类织构的统计图，图5b为2#试样板材厚度方向各类织构的统计图，图5c为1#试样板材厚度方向各类织构的统计图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对现有技术中，7xxx系铝合金厚轧板易出现组织性能分布不均匀的问题，本申请提供了一种7xxx系铝合金厚板材的轧制方法，其通过采用较大平均单道次压下量的多道次轧制方法，使得变形沿厚度方向由表层传导至芯部，在提升表层与芯部变形均匀性的同时，调控铝合金厚度方向上粗大残余结晶相形态分布、织构分布以及再结晶分布，从而达到提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的目的。具体的，本发明实施例公开了一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法，包括以下步骤：
A)将已均匀化处理的7xxx系铝合金扁锭加热后进行多道次轧制，所述多道次轧制的总变形量为75～85％，平均单道次压下量为15～30％；
B)将步骤A)得到的板材坯料依次进行固溶-淬火、预拉伸冷变形处理和时效处理。
在本申请提供的轧制方法中，在处理之前，首先将已均匀化处理的7xxx系铝合金扁锭入辊端上、下表面各开40～50°坡口，更具体是开45°；再加热，所述加热的温度为410～450℃，保温2～3h；在具体实施例中，所述加热的温度为430°，保温2h。在本申请中，所述7xxx系铝合金为本领域技术人员熟知的7系铝合金，对此本申请没有特别的限制。所述均匀化处理也为本领域技术人员熟知的均匀化处理，对此本申请没有特别的限制。
在加热之后，则将扁锭在轧机上进行多道次轧制，所述多道次轧制的总变形量为75～85％，平均单道次压下量为15～30％；在具体实施例中，所述多道次轧制的总变形量为80％，平均单道次压下量为15.5％～27.5％。在本申请中，所述轧制道次可以为5道次，可以为7道次，还可以为9道次，对此本申请没有特别的限制。
在上述轧制过程中，单道次大压下量的轧制方法使得变形由表层传递到芯部，粗大残余结晶相破碎程度大幅度增加，平均尺寸减小、分布更加均匀；再结晶程度减小，小角度晶界数量大幅增加；板材厚度方向上对性能有利的轧制织构体积分数大幅度增加，对性能不利的剪切织构体积分数大幅度减小；基于此，铝合金板材厚度方向上的性能均匀性得以提升。
在轧制之后，本申请依次进行了固溶-淬火、预拉伸变形处理和时效处理；所述固溶-淬火处理中，所述固溶的温度为460～480℃，时间为1～3h，所述淬火为室温水淬火，所述淬火的转移时间小于10s；更具体地，所述固溶的温度为465～475℃，时间为2～3h，所述淬火的转移时间小于10s，所述的淬火介质为室温水。在具体实施例中，固溶制度为470℃/1h+475℃/1h。
在所述预拉伸冷变形过程中，本申请所述冷变形量为1～3％，具体实施例的优选冷变形量为2％。
本申请所述的时效处理优选为三级时效热处理，具体为：100～120℃温度(优选温度120℃)下保温24小时后，升温至150～160℃(优选温度155℃)保温8小时，随后立即水淬，转移时间小于10秒，最后在100～120℃温度(优选温度120℃)下保温24小时后出炉空冷。
本申请提供了一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法，该方法仅通过较大平均单道次压下量，调控铝合金厚度方向上粗大残余结晶相形态分布、织构分布以及再结晶分布，便实现了厚度方向上性能均匀性的大幅提升，克服了7xxx系铝合金厚轧板厚度方向上表层与芯部性能存在较大差异的难题。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
一种7xxx系铝合金的轧制方法，包括：
将已均匀化处理的7xxx系铝合金扁锭入辊端上、下表面各开45°坡口后，加热至430℃保温2h，随后在轧机上进行多道次轧制，总变形量约为80％，平均道次压下量控制在15～30％之间，随后将轧制完的板材坯料依次完成固溶-淬火处理(470℃/1h+475℃/1h)、预拉伸冷变形处理(2％)、时效处理(120℃温度下保温24小时后，升温至155℃保温8小时，随后立即水淬，转移时间小于10秒，最后在120℃温度下保温24小时后出炉空冷)；
本发明实施例1～2及对比例1均采用下述方案进行制备：
实施例和对比例所用合金试样均选用7056铝合金(Al-9.0Zn-1.9Mg-1.5Cu-0.12Zr-0.12Fe-0.02Si，质量分数，％)均匀化扁锭，依次按上述公布的制备步骤分别制备得到，其中轧制过程的工艺参数如表1所示。
本发明对比例1制备的试样为1#；实施例1～2制备的试样依次为2#至3#。
表1各实施例或对比例合金试样轧制工艺参数
图1a为1#、2#、3#试样板材厚度方向的抗拉强度，图1b为1#、2#、3#试样板材厚度方向的屈服强度；由图1可知，随着平均单道次压下量由12.5％(1#试样)增至21.2％(3#试样)，抗拉强度和屈服强度均增加，且随着平均单道次压下量增加，厚度方向上抗拉强度和屈服强度的最大值与最小值的差值逐渐减小。经计算，抗拉强度的不均匀性由6.2％降低至4.4％，降幅达29％；屈服强度的不均匀性由6.3％降低至3.9％，降幅达38％。
图2a、b、c分别为3#试样板材表层、1/4层、芯部的粗大残余结晶相的分布图，图2d、e、f分别为2#试样板材表层、1/4层、芯部的粗大残余结晶相的分布图，图2g、h、i分别为1#试样板材表层、1/4层、芯部的粗大残余结晶相的分布图。图3为图2中粗大残余结晶相平均尺寸的统计图。由图2和图3可知，随着平均单道次压下量由12.5％(1#试样)增至21.2％(3#试样)，粗大残余结晶相尺寸逐渐减小，特别是1/4层和芯部的残余结晶相尺寸降幅非常显著。
图4a、b、c分别为3#试样板材表层、1/4层、芯部的晶粒形态分布图，图4d、e、f分别为2#试样板材表层、1/4层、芯部的晶粒形态分布图，图4g、h、i分别为1#试样板材表层、1/4层、芯部的晶粒形态分布图。图4中各类晶界取向角的占比统计见表2。由图4可知，随着平均单道次压下量由12.5％(1#试样)增至21.2％(3#试样)，1/4层和芯部的晶粒颜色种类和浅色以外颜色的面积逐渐减少，即代表不同取向的晶粒种类和面积逐渐减少，说明晶粒取向逐渐趋于一致。
图5a为3#试样板材厚度方向各类织构的统计图，图5b为2#试样板材厚度方向各类织构的统计图，图5c为1#试样板材厚度方向各类织构的统计图。在轧制板材中主要存在三种类型的织构：轧制织构(包括Brass{011}<211>，S{123}<634>，Copper{112}<111>)、剪切织构(r-Cube{001}<110>，{112}<110>，{111}<110>)和再结晶织构(Cube{001}<100>)。由图可知，随着平均单道次压下量由12.5％(1#试样)增至21.2％(3#试样)，对性能不利的剪切织构和再结晶织构体积分数大幅减小，而对性能有利的轧制织构体积分数大幅增加，特别是1/4层和芯部的轧制织构体积分数增加尤为显著。
表2不同平均单道次压下量的板材厚度方向晶界取向角的占比
晶界取向角被分成了小于15°和大于等于15°。通常条件下，晶界取向角小于15°属于小角度晶界，而晶界取向角大于等于15°属于大角度晶界，并且再结晶晶粒的晶界主要由大角度晶界所支配。由表2可知，2#和3#试样板材表层、1/4层和芯部的大角度晶界分数均低于1#试样，这表明增加平均单道次压下量有助于减小再结晶晶粒分数。
根据以上实施例可知，通过增大平均单道次压下量，可同时实现厚轧板强度和强度均匀性的大幅提升。若平均单道次压下量过小(1#试样)，1#试样板材1/4层和芯部的粗大残余结晶相难以破碎、大角度晶界(再结晶晶界)占比较高、对性能不利的剪切织构和再结晶织构占比较高，三方面因素综合导致了厚轧板强度和强度均匀性难以提升。而通过增大平均单道次压下量(2#、3#试样)，2#、3#试样板材1/4层和芯部的粗大残余结晶相得以破碎、大角度晶界(再结晶晶界)占比降低、对性能有利的轧制织构占比增加，三方面因素综合导致了厚轧板强度和强度均匀性得以提升。因此，平均单道次压下量需控制在15％以上。而考虑到过度提升平均单道次压下量，一方面会导致扁锭(坯料)难以咬入轧辊，需升级设备而增加制造成本；另一方面过大变形量会导致轧制时变形过于剧烈而出现裂纹，致使坯料报废，因此，综合考虑以上两方面因素，平均单道次压下量宜控制在30％以下。综上所述，平均单道次压下量宜控制在15％～30％之间。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种提升7xxx系铝合金厚轧板性能均匀性的轧制方法，包括以下步骤：
A)将已均匀化处理的7xxx系铝合金扁锭加热后进行多道次轧制，所述多道次轧制的总变形量为75～85％，平均单道次压下量为15～30％；
B)将步骤A)得到的板材坯料依次进行固溶-淬火、预拉伸冷变形处理和时效处理。
2.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述加热前将所述铝合金扁锭入辊端上、下表面各开40°～50°坡口。
3.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述加热的温度为410～450℃，保温时间为2～3h。
4.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述总变形量为80％。
5.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述固溶-淬火具体为：所述固溶的温度为460～480℃，时间为1～3h，所述淬火为室温水淬火，所述淬火的转移时间小于10s。
6.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述预拉伸冷变形处理的冷变形量为1～3％。
7.根据权利要求1所述的轧制方法，其特征在于，所述时效处理为三级时效处理，所述三级时效处理具体为：100～120℃温度下保温24小时后，升温至150～160℃保温8小时，随后立即水淬，转移时间小于10秒，最后在100～120℃温度下保温24小时后出炉空冷。
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