CN114457264A - 一种冲压灯具用5系铝合金带材及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冲压灯具用5系铝合金带材及其加工方法，所述的铝合金带材包括Si：0.4~0.6%、Fe：0.6~0.8％、Cu：≤0.1％、Mn：0.2～0.5％、Mg：2.0～4.0％、Cr：≤0.1％、Zn：≤0.15％，Ti：0.01~0.03%，其余为Al。通过提高5系铝合金的强度与成形性，避免材料本身问题造成的起皱和拉裂问题，避免冲压原因造成的起皱和开裂问题，提高表面的清洁度和光亮度。本发明通过大幅提高Si、Fe含量，同时改变加工工艺，加热采用高温短时多级加热，解决硅、铁含量过高造成的成形性降低问题，冷轧轧辊采用反向磨削及调整冷轧粗糙度，增加表面涂油工艺，满足冲压灯具强度、表面清洁性和冲压成形的要求。

Description

一种冲压灯具用5系铝合金带材及其加工方法
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种冲压灯具用5系铝合金带材及其加工方法。
背景技术
铝合金材料是工业中应用广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中被广泛应用。铝合金冲压件是使用铝合金材质制成的精密冲压件，它的可塑性好、耐腐蚀性高、焊接性能好。由于铝合金的材质和规格型号有很多种，所以冲压出来的精密铝合金冲压件性能以及用途是完全不一样的。
铝合金因良好的反射性、散热性、抗氧化腐蚀、装饰美观、轻便性和可再生被广泛用于灯具、家居等产品。目前灯具主要采用1系、8系铝合金，虽然成形性较好，但材料强度较低，灯具受外力抗变形较差。部分厂家采用3系铝合金虽然具有中等强度，但冲压变形较大时表面容易出现橘皮纹问题，影响最终产品的美观性。另有部分厂家采用的5系铝合金，其强度更高、抗变形性能优异，但因材料成形性不够，导致成形过程经常会出现起皱、拉裂等问题。灯具料产品对产品的性能要求，抗拉强度＞155Mpa,屈服强度＞80MPa，断后伸长率＞16%，粗糙度Ra＜0.5um。
因此，研发一种同时满足强度和成形性的铝合金材料，并将其应用到冲压灯具具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的5系铝合金成形性不够的问题，本发明提供了一种冲压灯具用5系铝合金带材及其加工方法，在保持5系铝合金高强度的同时，提高材料的成形性，优化下游灯具冲压过程的润滑和受力不均匀，不出现起皱及拉裂问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种冲压灯具用5系铝合金带材，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.4~0.6%、Fe：0.6~0.8％、Cu：≤0.1％、Mn：0.2～0.5％、Mg：2.0～4.0％、Cr：≤0.1％、Zn：≤0.15％，Ti：0.01~0.03%，其余为Al。
进一步地，所述的冲压灯具用5系铝合金带材的厚度为0.2~1mm。
本发明中，所述的冲压灯具用5系铝合金带材的加工方法，包括以下步骤：
（1）熔铸：按照冲压灯具用5系铝合金带材按化学成分质量百分含量，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭；
（2）锯铣；
（3）均热化：采用高温短时多级工艺，410~450℃下保温1~3h，590~620℃下保温2~4h，480~510℃下保温1~2h；
（4）热轧：粗轧15~25道次，轧制速度为4~7m/s，中间板温度为490~550℃，将铸锭加工成20~30mm的中间坯，然后精轧成厚度为2.0~4.0mm的带材，轧制速度为5~8 m/s，热轧终轧温度为350~380℃；
（5）冷轧：步骤（4）中带材经两道次两道连轧，轧制到成品厚度0.2~1.0mm，速度800~1500m/min，成品出口温度100~150℃；
（6）退火。
进一步地，步骤（5）中的冷轧轧辊采用反向磨削，粗糙度Ra：0.1~0.4um，RPc＞60个，Rz≤3um。
进一步地，所述的熔铸温度为740~780℃、精炼温度为720~760℃，铸造温度为670~700℃，铸造速度为50~60mm/min，冷却水温度为20~30℃。
进一步地，所述锯铣后铸锭的厚度为394~624 mm。
进一步地，所述的锯铣铸锭浇口锯切0~100mm，引锭头锯切150~250mm，大面铣面8~13mm，侧面铣7~11mm。
进一步地，步骤（4）中精轧在4机架热连轧机进行轧制；
进一步地，所述的退火采用氮气退火，在300~400℃温度下保温5~15h。
进一步地，冲压灯具用5系铝合金带材的加工方法还包括在退火后切边涂油机上进行切边和涂轻质白油。
本发明大幅提高Si、Fe含量，加热采用高温短时多级加热，冷轧轧辊采用反向磨削及调整冷轧粗糙度，增加表面涂油工艺，满足冲压灯具强度、表面清洁性和冲压成形的要求。熔铸工序提高Si、Fe含量，Si：0.4~0.6%、Fe：0.6~0.8％，调整Mg含量在2~4%范围内，增加液态金属的流动性，提高冲压时裁切性并降低铝粉或碎屑产生，并可采用全回收废铝，降低Mg、Cu、Mn合金元素含量和熔化能源消耗，保证灯具对材料的强度要求，在轧制和冲压过程降低摩擦系数、磨痕深度以及磨损体积；铸锭加热工艺采用410~450℃×1~3h+590~620℃×2~4h+480~510℃×1~2h多级加热，减小粗大AlFeSi相，降低元素偏析。
热粗轧采用德国西马克四辊热轧机，扁锭厚度394~624mm，粗轧道次至15~25道次采用大压下率和更快的轧制速度，充分的破碎第二相和晶粒，轧制速度4~7m/s，中间板厚度20~30mm，中间板温度490~550℃。 热精轧采用西马克四机架四辊热连轧，采用更快的轧制速度和更高轧制温度，轧制速度5~8m/s，卷取温度至350~380℃，更快的应变速率和更高的轧制温度，保证充分的完全再结晶，获得更细小和尺寸均匀晶粒，提高了材料成形性能。通过采用高温短时多级加热和优化热轧工艺，避免了Si、Fe含量增加带来的不利影响，缩短加热时间，减少天然气和电的消耗。
冷轧轧辊采用反向磨削，粗糙度Ra：0.1~0.4um，RPc＞60个，Rz≤3um，使带材表面纹路较浅且分布均匀，与冲压过程冲头粗糙度相匹配，在冲压过程中受力更均匀。提高表面的清洁度和光亮度。并且从热轧卷坯料到冷轧成品，每两道次进行连轧，连轧速度800~1500m/min，轧制温度100~150℃，提高材料的成形性。
在常规工艺下增加新的涂油工序，表面涂轻质白油，碳链数6~8，50~150mg/m2/side，因为轻质白油碳链很短，在冲压过程起到一定润滑，受热又极易挥发不会产生残留，不会污染冲压润滑油和不用增加清洗，并延长铝卷长时间储存不腐蚀，提高后续冲压过程的润滑性和表面清洁性。
有益效果
本发明针对冲压灯具性能要求，提高5系铝合金的强度与成形性，避免材料本身问题造成的起皱和拉裂问题，避免冲压原因造成的起皱和开裂问题，提高表面的清洁度和光亮度，提高硅、铁含量和缩短加热时间，降低生产成本和减少生产时间。通过大幅提高Si、Fe含量，同时改变加工工艺，加热采用高温短时多级加热，解决硅、铁含量过高造成的成形性降低问题，冷轧轧辊采用反向磨削及调整冷轧粗糙度，增加表面涂油工艺，满足冲压灯具强度、表面清洁性和冲压成形的要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1） 熔铸：按照冲压灯具用5系铝合金带材化学成分质量百分含量：Si：0.52 %、Fe：0.75％、Cu：0.05％、Mn：0.3％、Mg：3.2％、Cr：0.01％、Zn：0.02％，Ti：0.15%，其余为Al，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭，熔炼温度750℃、精炼温度740℃，铸造速度58mm/min，铸造温度680℃，冷却水水温25℃；
（2） 锯铣，铸锭浇口锯切60mm，引锭头锯切200mm，大面铣面10mm，侧面铣8mm，锯铣后铸锭厚度540mm；
（3） 均热化：采用高温短时多级工艺，第一阶段430℃下保温2h，第二阶段610℃下保温2h，第三阶段500℃下保温1h；
（4） 热轧：使用1+4热连轧，粗轧20道次，轧制速度5m/s，中间坯厚度25mm，中间坯温度520℃，然后经过4机架连轧机轧制，卷材出口厚度3.0mm，轧制速度6m/s，终轧温度360℃；
（5） 冷轧：冷轧辊使用120#砂轮反向磨削，轧辊粗糙度Ra：0.22um，Rz：2.5um，RPc：75，使用冷轧将热轧坯料从厚度为3.0mm的卷材轧至0.60mm成品，冷轧道次分配：3.0→1.6(46.7％)→0.95 (40.6％)→0.6 ( 36.8％)，后两道连轧，冷轧轧制速度：1200m/min，冷轧出口温度130℃，去离子水清洗掉表面轧制油和铝灰；
（6） 氮气退火：退火工艺350℃×10h，将带材退到完全软化状态，使用氮气保证表面无氧化色差;
（7） 切边涂油：生产速度1000m/min，单侧切边量20mm，碳链数为6的轻质白油，涂油量100mg/m2/side。
实施例2
（1） 熔铸：按照冲压灯具用5系铝合金带材化学成分质量百分含量：Si：0.45 %、Fe：0.68％、Cu：0.03％、Mn：0.25％、Mg：2.6％、Cr：0.015％、Zn：0.01％，Ti：0.12%，其余为Al，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭，熔炼温度755℃、精炼温度743℃，铸造速度59mm/min，铸造温度686℃，冷却水水温27℃；
（2） 锯铣，铸锭浇口锯切80mm，引锭头锯切210mm，大面铣面11mm，侧面铣9mm,锯铣后铸锭厚度398mm；
（3） 均热化：采用高温短时多级工艺，第一阶段440℃下保温3h，第二阶段605℃下保温3h，第三阶段490℃下保温2h；
（4） 热轧：使用1+4热连轧，粗轧18道次，轧制速度6m/s，中间坯厚度25mm，中间坯温度540℃，然后经过4机架连轧机轧制，卷材出口厚度2.5mm，轧制速度6.5m/s，终轧温度366℃；
（5） 冷轧：冷轧辊使用120#砂轮反向磨削，轧辊粗糙度Ra：0.25um，Rz：2.8um，RPc：68，使用冷轧将热轧坯料从厚度为2.5mm的卷材轧至0.45mm成品，冷轧道次分配：2.5→1.1（56%）→0.7（36.4%）→0.45（35.7%），后两道连轧，冷轧轧制速度：1100m/min，冷轧出口温度115℃，去离子水清洗掉表面轧制油和铝灰；
（6） 氮气退火：退火工艺380℃×10h，将带材退到完全软化状态，使用氮气保证表面无氧化色差;
（7） 切边涂油：生产速度800m/min，单侧切边量15mm，碳链数为6的轻质白油，涂油量80mg/m2/side。
实施例3
（1） 熔铸：按照冲压灯具用5系铝合金带材化学成分质量百分含量：Si：0.56 %、Fe：0.78％、Cu：0.08％、Mn：0.4％、Mg：3.5％、Cr：0.012％、Zn：0.02％，Ti：0.025%，其余为Al，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭，熔炼温度756℃、精炼温度748℃，铸造速度56mm/min，铸造温度695℃，冷却水水温22℃；
（2） 锯铣，铸锭浇口锯切90mm，引锭头锯切240mm，大面铣面9mm，侧面铣10mm,锯铣后铸锭厚度602mm；
（3） 均热化：采用高温短时多级工艺，第一阶段440℃下保温3h，第二阶段600℃下保温3h，第三阶段500℃下保温1h；
（4） 热轧：使用1+4热连轧，粗轧23道次，轧制速度4.5m/s，中间坯厚度25mm，中间坯温度500℃，然后经过4机架连轧机轧制，卷材出口厚度3.5mm，轧制速度5.5m/s，终轧温度355℃；
（5） 冷轧：冷轧辊使用120#砂轮反向磨削，轧辊粗糙度Ra：0.15um，Rz：1.8um，RPc：80，使用冷轧将热轧坯料从厚度为3.5mm的卷材轧至0.8mm成品，冷轧道次分配：3.5→2.0（42.8%）→1.2（40%）→0.8（33.3%），后两道连轧，冷轧轧制速度：950m/min，冷轧出口温度145℃，去离子水清洗掉表面轧制油和铝灰；
（6） 氮气退火：退火工艺340℃×10h，将带材退到完全软化状态，使用氮气保证表面无氧化色差;
（7） 切边涂油：生产速度1200m/min，单侧切边量15mm，碳链数为6的轻质白油，涂油量130mg/m2/side。
对比例1
对比例1改变均热化条件：采用两段式加热，第一阶段430℃下保温4h，第二阶段610℃下保温6h，其余与实施例1相同。
对比例2
对比例1改变热轧条件，粗轧轧制速度3.5m/s，中间坯厚度35mm，中间坯温度480℃，然后经过4机架连轧机轧制，卷材出口厚度3.5mm，轧制速度6m/s，出口温度320℃，其余与实施例1相同。
性能测试
对实施例1~3和对比例1~2中制备的5系铝合金带材的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率等性能进行检测，结果如下表1所示。由表1可知，通过改变成分、轧制工艺及增加涂油工序，材料的强度、断后伸长率均满足客户灯具料要求，且表面纹路的均匀性和增加涂油都更有利于冲压的质量和成材率。
Figure 731426DEST_PATH_IMAGE001
抗拉强度和屈服强度表征材料的强度，数值越大抗变形能力越强，断后伸长率表征材料从开始变形到断裂的拉伸长度，数值越大抗断裂能力越好。Ra为轮廓的算术平均偏差，Rz为粗糙度最大峰—谷高度，RPc为粗糙度峰计数，Ra根据要求进行选择，Rz越小纹路越浅，越小越好，RPC表面纹路越均匀，越大越好，由表1可知，通过调整合金带材成分，加热采用高温短时多级加热，热轧采用大压下率和更快的轧制速度，得到的铝合金带材提高5系铝合金的强度与成形性，避免材料本身问题造成的起皱和拉裂问题，避免冲压原因造成的起皱和开裂问题，提高表面的清洁度和光亮度，满足对冲压灯具的性能要求。

Claims (10)

1.一种冲压灯具用5系铝合金带材，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.4~0.6%、Fe：0.6~0.8％、Cu：≤0.1％、Mn：0.2～0.5％、Mg：2.0～4.0％、Cr：≤0.1％、Zn：≤0.15％，Ti：0.01~0.03%，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的冲压灯具用5系铝合金带材，其特征在于，所述的冲压灯具用5系铝合金带材的厚度为0.2~1mm。
3.一种权利要求1或2所述的冲压灯具用5系铝合金带材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）熔铸：按照冲压灯具用5系铝合金带材按化学成分质量百分含量，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭；
（2）锯铣；
（3）均热化：采用高温短时多级工艺，410~450℃下保温1~3h，590~620℃下保温2~4h，480~510℃下保温1~2h；
（4）热轧：粗轧15~25道次，轧制速度为4~7m/s，中间板温度为490~550℃，将铸锭加工成20~30mm的中间坯，然后精轧成厚度为2.0~4.0mm的带材，轧制速度为5~8 m/s，热轧终轧温度为350~380℃；
（5）冷轧：步骤（4）中带材经两道次两道连轧，轧制到成品厚度0.2~1.0mm，速度800~1500m/min，成品出口温度100~150℃；
（6）退火。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，步骤（5）中的冷轧轧辊采用反向磨削，粗糙度Ra：0.1~0.4um，RPc＞60个，Rz≤3um。
5.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述的熔铸温度为740~780℃、精炼温度为720~760℃，铸造温度为670~700℃，铸造速度为50~60mm/min，冷却水温度为20~30℃。
6.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述锯铣后铸锭的厚度为394~624mm。
7.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述的锯铣铸锭浇口锯切0~100mm，引锭头锯切150~250mm，大面铣面8~13mm，侧面铣7~11mm。
8.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，步骤（4）中精轧在4机架热连轧机进行轧制。
9.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述的退火采用氮气退火，在300~400℃温度下保温5~15h。
10.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，冲压灯具用5系铝合金带材的加工方法还包括在退火后切边涂油机上进行切边和涂轻质白油。
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