CN114411007A - 一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法 - Google Patents
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Abstract
一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，它涉及一种铝合金薄板的制备方法。本发明的目的是要克服使用Be改性铝合金存在Be和铝合金不互溶，铸锭孔隙率高，偏析现象严重和加工困难的问题。方法：一、混合；二、粉末轧制；三、急速热压烧结；四、冷等静压；五、铣削加工；六、精轧。本发明采用Cu‑Be粉为原料，替代纯Be的添加，克服铝基体与Be不互溶的问题；实现了低孔隙率高刚度铝合金的短流程连续制备，制备的高模6系铝合金薄板的致密度为99.5％～99.8％。本发明可获得一种高模6061铝合金板材。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金薄板的制备方法。
背景技术
6061铝合金(Al-Mg-Si)作为综合性能良好的铝合金，因其较小的密度、良好的耐蚀性和成形性等优点，被广泛应用于汽车和航空航天行业。随着汽车和航空工业的发展，对具有高刚度铝合金的需求也越来越迫切。稀土元素对铝合金改性具有明显效果，对于6061铝合金来说，加入Sc可有效细化基体铝合金晶粒，提高铝合金性能，但是Sc的添加并不能提高铝合金刚度，同时，Sc价格昂贵，提高了铝合金的制备成本。纯Be具有较的高弹性模量，Be的添加可显著提高铝合金的强度和刚度，在铝合金中拥有广泛的应用前景。但是，Be往铝合金中添加存在以下问题：(1)Be-Al几乎不互溶。由于Be和Al之间的固溶度极低，使得这两种材料在凝固过程中相互分离，同时，Be容易氧化，造成铸锭孔隙率较高，偏析现象严重。(2)加工困难。Be的添加导致铝合金刚度的提升使得板材加工困难，容易在相界处开裂，导致成形困难。
发明内容
本发明的目的是要克服使用Be改性铝合金存在Be和铝合金不互溶，铸锭孔隙率高，偏析现象严重和加工困难的问题，而提供一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法。
一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、混合：
在惰性气体保护下，将6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末混合，得到混合金属粉末；
二、粉末轧制：
①、将粉末在900℃～1100℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为5mm～10mm的板坯；
②、厚度为5mm～10mm的板坯接着进入到二辊轧机2轧制中进行轧制，得到厚度为4mm～8mm的板坯；
③、对厚度为4mm～8mm的板坯进行加热至500℃～600℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为3mm～6mm的铝合金板坯；
步骤二中所述的二辊轧机1、二辊轧机2和四辊轧机均为垂直轧制；
三、急速热压烧结：
将厚度为3mm～6mm的铝合金板坯急速升温至400～500℃，再在真空度为1Pa～10Pa、烧结压力为60MPa～70MPa和烧结温度为400℃～500℃的条件下进行热压烧结，得到板坯；
四、冷等静压：
使用冷等静压机对板坯进行冷等静压，得到冷压坯；
五、铣削加工：
将冷压坯置于铣床上进行铣削加工，得到表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材；
六、精轧：
使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材进行精轧减薄，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1mm～2mm，得到高模6061铝合金薄板。
本发明原理：
本发明以6061铝合金粉末和Cu-Be粉为原料，采用连续轧制制备含Be的6系铝合金板材，相比于传统制造方法本方法具有以下优势：(1)、采用Cu-Be粉为原料，替代纯Be的添加，克服铝基体与Be不互溶的问题；由于Be与Cu可形成化合物，同时，Al基体与Cu可互溶，使得Cu在合金中起到“胶水”的作用，能够很好克服Al和Be不互溶的问题。(2)、合金刚度高，性能优异。通过Cu-Be的添加，对Al基体而言，Cu和Be都是强化相，同时，固溶在Cu中的Be也具有时效析出强化效果，可实现复合强化。(3)、工艺流程短，制造成本低。本发明拟采用连续轧制技术，相比于传统熔炼轧制制备方法，省去了铸锭制备与热轧开坯等工艺流程，同时，针对粉末轧制板材孔隙率高的问题，采用连续轧制工艺方法，通过多组变形辊与换向辊组合对板坯进行连续塑性变形，进一步降低孔隙率，提高板坯密度，并借助急速热压烧结，在控制晶粒尺寸的同时，达到降低孔隙率与去除杂气的目的，实现了低孔隙率高刚度铝合金的短流程连续制备。
本发明的优点：
(1)、本发明采用Cu-Be粉为原料，替代纯Be的添加，克服铝基体与Be不互溶的问题；由于Be与Cu可形成化合物，同时，Al基体与Cu可互溶，使得Cu在合金中起到“胶水”的作用，能够很好克服Al和Be不互溶的问题；
(2)、合金刚度高，性能优异；通过Cu-Be的添加，对Al基体而言，Cu和Be都是强化相，同时，固溶在Cu中的Be也具有时效析出强化效果，可实现复合强化；
(3)、工艺流程短，制造成本低；本发明拟采用连续轧制技术，相比于传统熔炼轧制制备方法，省去了铸锭制备与热轧开坯等工艺流程，同时，针对粉末轧制板材孔隙率高的问题，采用连续轧制工艺方法，通过多组变形辊与换向辊组合对板坯进行连续塑性变形，进一步降低孔隙率，提高板坯密度，并借助急速热压烧结，在控制晶粒尺寸的同时，达到降低孔隙率与去除杂气的目的，实现了低孔隙率高刚度铝合金的短流程连续制备；
(4)、本发明制备的高模6系铝合金薄板的致密度为99.5％～99.8％。
本发明可获得一种高模6061铝合金板材。
附图说明
图1为本发明中一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法的技术流程图；
图2为本发明中粉末轧制过程示意图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种通过粉末轧制法制备高模6系铝合金薄板的方，法具体是按以下步骤完成的：
一、混合：
在惰性气体保护下，将6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末混合，得到混合金属粉末；
二、粉末轧制：
①、将粉末在900℃～1100℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为5mm～10mm的板坯；
②、厚度为5mm～10mm的板坯接着进入到二辊轧机2轧制中进行轧制，得到厚度为4mm～8mm的板坯；
③、对厚度为4mm～8mm的板坯进行加热至500℃～600℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为3mm～6mm的铝合金板坯；
步骤二中所述的二辊轧机1、二辊轧机2和四辊轧机均为垂直轧制；
三、急速热压烧结：
将厚度为3mm～6mm的铝合金板坯急速升温至400～500℃，再在真空度为1Pa～10Pa、烧结压力为60MPa～70MPa和烧结温度为400℃～500℃的条件下进行热压烧结，得到板坯；
四、冷等静压：
使用冷等静压机对板坯进行冷等静压，得到冷压坯；
五、铣削加工：
将冷压坯置于铣床上进行铣削加工，得到表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材；
六、精轧：
使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材进行精轧减薄，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1mm～2mm，得到高模6061铝合金薄板。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末均采用气雾法制备的。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的混合粉末中Be的质量分数为2％～5％。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中所述的升温速度为90℃/min～110℃/min。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的热压烧结的时间为15min～20min。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的冷等静压的压力为80MPa～120MPa，保压时间为5min～20min。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二①中将粉末在900℃～1000℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为5mm～10mm的板坯。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二③中对厚度为4mm～8mm的板坯进行加热至500℃～550℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为3mm～6mm的铝合金板坯。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中将厚度为3mm～6mm的铝合金板坯急速升温至400～450℃，再在真空度为1Pa～4Pa、烧结压力为60MPa～65MPa和烧结温度为400℃～450℃的条件下进行热压烧结，得到板坯。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材进行精轧减薄，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1.4mm～2mm，得到高模6061铝合金薄板。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例一：一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、混合：
在惰性气体保护下，将6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末混合，得到混合金属粉末；
步骤一中所述的混合粉末中Be的质量分数为2％；
二、粉末轧制：
①、将粉末在900℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为5mm的板坯；
②、厚度为5mm的板坯接着进入到二辊轧机2轧制中进行轧制，得到厚度为4mm的板坯；
③、对厚度为4mm的板坯进行加热至500℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为3mm的铝合金板坯；
步骤二中所述的二辊轧机1、二辊轧机2和四辊轧机均为垂直轧制；
三、急速热压烧结：
将厚度为3mm的铝合金板坯急速升温至400℃，再在真空度为1Pa、烧结压力为60MPa和烧结温度为400℃的条件下进行热压烧结15min，得到板坯；
步骤三中所述的升温速度为90℃/min；
四、冷等静压：
使用冷等静压机对板坯进行冷等静压，得到冷压坯；
步骤四中所述的冷等静压的压力为80MPa，保压时间为10min；
五、铣削加工：
将冷压坯置于铣床上进行铣削加工，得到表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm的6061铝合金板材；
六、精轧：
使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm的6061铝合金板材进行精轧变形，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1.4mm，得到高模6061铝合金薄板。
实施例一制备的高模6061铝合金薄板的性能列于表1；
表1
| 抗拉强度(MPa) | 332.3 |
| 屈服强度(MPa) | 234.5 |
| 延伸率(％) | 7.5 |
| 弹性模量(GPa) | 74.7 |
| 致密度(％) | 99.6 |
实施例二：一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、混合：
在惰性气体保护下，将6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末混合，得到混合金属粉末；
步骤一中所述的混合粉末中Be的质量分数为3％；
二、粉末轧制：
①、将粉末在1000℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为8mm的板坯；
②、厚度为8mm的板坯接着进入到二辊轧机2轧制中进行轧制，得到厚度为6mm的板坯；
③、对厚度为6mm的板坯进行加热至550℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为4mm的铝合金板坯；
步骤二中所述的二辊轧机1、二辊轧机2和四辊轧机均为垂直轧制；
三、急速热压烧结：
将厚度为4mm的铝合金板坯急速升温至450℃，再在真空度为4Pa、烧结压力为65MPa和烧结温度为450℃的条件下进行热压烧结17min，得到板坯；
步骤三中所述的升温速度为100℃/min；
四、冷等静压：
使用冷等静压机对板坯进行冷等静压，得到冷压坯；
步骤四中所述的冷等静压的压力为100MPa，保压时间为15min；
五、铣削加工：
将冷压坯置于铣床上进行铣削加工，得到表面粗糙度≤3.2μm、厚度为3mm的6061铝合金板材；
六、精轧：
使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为3mm的6061铝合金板材进行精轧变形，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1.8mm，得到高模6061铝合金薄板。
表2
| 抗拉强度(MPa) | 347.6 |
| 屈服强度(MPa) | 251.2 |
| 延伸率(％) | 6.3 |
| 弹性模量(GPa) | 76.8 |
| 致密度(％) | 99.7 |
实施例三：一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、混合：
在惰性气体保护下，将6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末混合，得到混合金属粉末；
步骤一中所述的混合粉末中Be的质量分数为4％；
二、粉末轧制：
①、将粉末在1100℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为10mm的板坯；
②、厚度为10mm的板坯接着进入到二辊轧机2轧制中进行轧制，得到厚度为7.5mm的板坯；
③、对厚度为7.5mm的板坯进行加热至600℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为5mm的铝合金板坯；
步骤二中所述的二辊轧机1、二辊轧机2和四辊轧机均为垂直轧制；
三、急速热压烧结：
将厚度为5mm的铝合金板坯急速升温至500℃，再在真空度为8Pa、烧结压力为70MPa和烧结温度为500℃的条件下进行热压烧结20min，得到板坯；
步骤三中所述的升温速度为110℃/min；
四、冷等静压：
使用冷等静压机对板坯进行冷等静压，得到冷压坯；
步骤四中所述的冷等静压的压力为120MPa，保压时间为20min；
五、铣削加工：
将冷压坯置于铣床上进行铣削加工，得到表面粗糙度≤3.2μm、厚度为4mm的6061铝合金板材；
六、精轧：
使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为4mm的6061铝合金板材进行精轧变形，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为2mm，得到高模6061铝合金薄板。
表3
| 抗拉强度(MPa) | 361.1 |
| 屈服强度(MPa) | 263.7 |
| 延伸率(％) | 5.7 |
| 弹性模量(GPa) | 78.7 |
| 致密度(％) | 99.7 |
Claims (10)
1.一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法具体是按以下步骤完成的：
一、混合：
在惰性气体保护下，将6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末混合，得到混合金属粉末；
二、粉末轧制：
①、将粉末在900℃～1100℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为5mm～10mm的板坯；
②、厚度为5mm～10mm的板坯接着进入到二辊轧机2轧制中进行轧制，得到厚度为4mm～8mm的板坯；
③、对厚度为4mm～8mm的板坯进行加热至500℃～600℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为3mm～6mm的铝合金板坯；
步骤二中所述的二辊轧机1、二辊轧机2和四辊轧机均为垂直轧制；
三、急速热压烧结：
将厚度为3mm～6mm的铝合金板坯急速升温至400～500℃，再在真空度为1Pa～10Pa、烧结压力为60MPa～70MPa和烧结温度为400℃～500℃的条件下进行热压烧结，得到板坯；
四、冷等静压：
使用冷等静压机对板坯进行冷等静压，得到冷压坯；
五、铣削加工：
将冷压坯置于铣床上进行铣削加工，得到表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材；
六、精轧：
使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材进行精轧减薄，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1mm～2mm，得到高模6061铝合金薄板。
2.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤一中所述的6061铝合金粉末和Cu-10％Be粉末均采用气雾法制备的。
3.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤一中所述的混合粉末中Be的质量分数为2％～5％。
4.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤三中所述的升温速度为90℃/min～110℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤三中所述的热压烧结的时间为15min～20min。
6.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤四中所述的冷等静压的压力为80MPa～120MPa，保压时间为5min～20min。
7.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤二①中将粉末在900℃～1000℃下加热，然后使用二辊轧机1轧制，得到厚度为5mm～10mm的板坯。
8.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤二③中对厚度为4mm～8mm的板坯进行加热至500℃～550℃，再进入到四辊轧机中进行轧制，得到厚度为3mm～6mm的铝合金板坯。
9.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于步骤三中将厚度为3mm～6mm的铝合金板坯急速升温至400～450℃，再在真空度为1Pa～4Pa、烧结压力为60MPa～65MPa和烧结温度为400℃～450℃的条件下进行热压烧结，得到板坯。
10.根据权利要求1所述的一种粉末轧制法制备高模6061铝合金板材的方法，其特征在于使用六辊精轧机对表面粗糙度≤3.2μm、厚度为2mm～4mm的6061铝合金板材进行精轧减薄，每道次下压量≤10％，经过多道次轧制至6061铝合金板材的厚度为1.4mm～2mm，得到高模6061铝合金薄板。
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