CN115786749A - 5系铝合金板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5系铝合金板材及其制备方法，其中，制备方法包括配料、熔炼、除气精炼、铸造、均匀化热处理、热轧、成品热处理、表面平整度处理，其中，均匀化热处理包括：首先将均匀化炉的炉内温度调节至100‑150℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至350‑400℃并保温10‑15h；热轧包括：将均匀化热处理后的铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在470‑500℃，保温4‑6h；然后出炉热轧并在第一道次热轧后对铸锭进行浮液冷却；再对铸锭进行多道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求。本发明的制备方法能有效改善板材表面缺陷，提高成品质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其涉及一种5系铝合金板材及其制备方法。
背景技术
铝合金因比重轻、成型时回弹小、强度高、塑性好，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性的特点，被广泛应用在交通运输、机械电子、模具、精密仪器等领域。铝合金系列品种较多，其中，5系铝合金是铝-镁系合金，具有密度低、抗拉强度高、延伸率高的特点，应用极为广泛。但由于5系铝合金中含有较高的镁元素及其他杂质元素，制造时容易在板材表面产生偏析、断面色差等表面缺陷，影响成品质量。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种5系铝合金板材及其制备方法，能有效改善板材表面缺陷，提高成品质量。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案之一是：一种5系铝合金板材的制备方法，包括配料、熔炼、除气精炼、铸造、均匀化热处理、热轧、成品热处理、表面平整度处理，其中，
均匀化热处理包括：首先将均匀化炉的炉内温度调节至100-150℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至350-400℃并保温10-15h；然后将铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在470-500℃，保温4-6h；
热轧包括：将铸锭自推进式加热炉内取出，并对铸锭进行第一道次热轧，然后对铸锭进行浮液冷却；再对铸锭进行多道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求。
本发明的有益效果在于：
1、在均匀化热处理时，采用了两次升温处理，第一次升温至350-400℃，能有效起到去除铸锭内应力的作用；第二次升温至470-500℃，通过升温以进一步去除铸锭的内应力，且能在不过烧的情况下有效降低晶内偏析，提高均匀化效果；且通过两次升温能有效加快均匀化进程，缩短保温总时长，提高生产效率；
2、在热轧过程中，通过浮液冷却能增加铸锭的硬度和抗拉强度，同时能保证铸锭横向温度及性能的一致性，使得内应力更加均匀；
3、本发明的制备方法能有效改善板材的表面缺陷，提高板材品质。
进一步来说，在对铸锭进行多道次热轧时，需保证每次变形量≥7％。需要注意的是，最后两到三道次热轧时，可以任意轧制，但需保证符合厚度公差。
进一步来说，第一道次热轧温度为450-480℃，且第一道次热轧时不要求变形量。
进一步来说，在成品热处理时，热处理温度控制在180-350℃，保温时间为1-8h。在热轧后通过成品热处理能有效消除成品的内应力，保证成品内部组织的均一化。其中，温度及保温时长是依据配料组分、铸造、热轧工艺相适配的，以便使成品的内应力减少到最低状态。
进一步来说，在铸造前，还需对铸液进行过滤处理；在铸造时，将过滤后的铸液进行浇注，并将浇注速度控制在50mm/min以下，然后冷却到室温，得到铸锭。通过过滤处理能去除铸液中的氧化物和非金属化合物，保证铸液后续的可加工性。
进一步来说，在除气精炼时，需在熔炼后的铸液中通入氢气进行除气，并控制氢气的含量在0.2ml/100g以下。以避免氢气含量过高导致的铸造、热轧时氢原子聚积导致的表面质量下降。
进一步来说，在均匀化热处理与热轧之间还包括对铸锭进行铣面。具体的，沿铸锭的上、下两面对称铣去相同尺寸的厚度，然后将铸锭的头尾锯切掉。以去除铸锭表面杂质及脏污，并提高铸锭表面的平整度。
进一步来说，在配料时，各组分按重量百分比计，包括Mg:1.5-12％、Si:0-0.7％、Fe:0-0.8％、Cu:0-0.6％、Mn:0-1％、Cr:0-0.5％、Zn:0-0.4％、Ti:0-0.1％、Zr:0-0.3％，余量为Al。通过对各组分的配比限定能从源头改善铝合金板材的后续加工缺陷。
其中，Mg能起到增强强度的作用，若含量低于1.5％，易导致成品强度、硬度过低，若含量高于12％，则会导致后续加工困难；Si是铸锭中的不纯物，当Si的含量大于0.7％时，其会在加工过程中与Mn、Fe、Al生成粗大的Al-Fe-Mn-Si金属化合物，导致成品表面外观粗糙，易形成表面凹坑；Fe起到细化晶粒的作用，且能增强成品的硬度及强度，当Fe含量超过0.8％时，易与其他组分形成粗大的金属化合物，影响成品外观质量；Mn、Cr、Zr均为过渡元素，用以抑制晶粒长大，当其含量过高时，易于Al形成Al-Mn、Al-Cr、Al-Zr化合物，影响成品表面质量；Ti起到细化晶粒的作用，当其含量大于0.3％时，易造成成品表面质量下降。
进一步来说，表面平整度处理包括依次进行的切削、研磨、拉丝处理。切削用以去除成品表面的毛刺，研磨用以提高成品表面的平整度，拉丝用以提高成品表面的光滑度和纹理感。
本发明采用的技术方案之二是：一种5系铝合金板材，采用上述任一制备方法制得。该板材表面平整，精度高，其平均晶粒度在400μm以下，且由于晶粒尺寸小，其板材的断面颜色保持一致。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明的一种5系铝合金板材的制备方法，包括如下步骤：
S1、配料：各组分按重量百分比计，包括Mg:1.5-12％、Si:0-0.7％、Fe:0-0.8％、Cu:0-0.6％、Mn:0-1％、Cr:0-0.5％、Zn:0-0.4％、Ti:0-0.1％、Zr:0-0.3％，余量为Al。
其中，Mg能起到增强强度的作用，若含量低于1.5％，易导致成品强度、硬度过低，若含量高于12％，则会导致后续加工困难；Si是铸锭中的不纯物，当Si的含量大于0.7％时，其会在加工过程中与Mn、Fe、Al生成粗大的Al-Fe-Mn-Si金属化合物，导致成品表面外观粗糙，易形成表面凹坑；Fe起到细化晶粒的作用，且能增强成品的硬度及强度，当Fe含量超过0.8％时，易与其他组分形成粗大的金属化合物，影响成品外观质量；Mn、Cr、Zr均为过渡元素，用以抑制晶粒长大，当其含量过高时，易于Al形成Al-Mn、Al-Cr、Al-Zr化合物，影响成品表面质量；Ti起到细化晶粒的作用，当其含量大于0.3％时，易造成成品表面质量下降。
S2、熔炼：将上述各组分混合后投入熔炼炉中熔炼为铸液，熔炼炉的温度控制在600-800℃，熔炼时间为2-8h。
S3、除气精炼：将熔炼后的铸液投入到保温炉内，并通入氢气进行除气，并控制氢气的含量在0.2ml/100g(即100g铸液内含0.2ml的氢气)以下，以避免氢气含量过高导致的铸造、热轧时氢原子聚积导致的表面质量下降。通过除气操作能有效降低铸液中的含气量，并减少后续铸造时铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷。
S4、过滤：采用过滤器去除铸液中的氧化物和非金属化合物，进而提高铸液的纯度，减少铸锭中夹渣等铸造缺陷。在实际操作时，可采用不同孔距的过滤板进行过滤，例如300ppi或400ppi的过滤板。
S5、铸造：将过滤后的铸液进行浇注，并将浇注速度控制在50mm/min以下，然后冷却到室温，得到铸锭。
S6、均匀化热处理：首先将均匀化炉的炉内温度调节至100-150℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至350-400℃并保温10-15h；然后将铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在470-500℃，保温4-6h。
S7、铣面：沿铸锭的上、下两面对称铣去相同尺寸的厚度，然后将铸锭的头尾锯切掉。以去除铸锭表面杂质及脏污，并提高铸锭表面的平整度。
S8、热轧：将铸锭自推进式加热炉内取出，并对铸锭进行第一道次热轧，第一道次热轧温度为450-480℃，且第一道次热轧时不要求变形量；然后对铸锭进行浮液冷却(将铸锭浸入到浮液中)，以使铸锭在一定厚度时急速降温，以增加铸锭的硬度和抗拉强度；再对铸锭进行多道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求，且每道次的变形量≥7％，最好能达到10％的变形量。需要注意的是，最后两到三道次热轧时，可以任意轧制，但需保证符合厚度公差。
S9、成品热处理：然后对铣面后的成品铸锭再次进行热处理，其中，热处理温度控制在180-350℃，保温时间为1-8h。在热轧后再次通过成品热处理能有效消除成品的内应力，保证成品内部组织的均一化。在实际操作时，需根据配料组分、铸造、热压工艺来匹配相应的温度和保温时间，以便使成品的内应力减少到最低状态。因内应力有正负，当温度过高、时间过长时，内应力趋向于负值，当温度过低、时间过短时，内应力趋向于正值。因此，要选择合适的温度和时间以保证内应力趋向于零，同时也要考虑成品的硬度、抗拉强度不衰减。
S10、表面平整度处理，包括依次进行的切削、研磨、拉丝处理。其中，切削用以去除成品表面的毛刺，研磨用以提高成品表面的平整度，拉丝用以提高成品表面的光滑度和纹理感。
本发明的核心改进点在于：
1、在铸造时，将浇注速度控制在50mm/min以下，能有效减少铸锭的宏观偏析，并能降低氢气含量，减少气孔、疏松等铸造缺陷；
2、在均匀化热处理时，采用了两次升温处理，第一次升温至350-400℃，能有效起到去除铸锭内应力的作用；第二次升温至470-500℃，通过升温以进一步去除铸锭的内应力，且能在不过烧的情况下有效降低晶内偏析，提高均匀化效果；且通过两次升温能有效加快均匀化进程，缩短均匀化的保温总时长，提高生产效率；
3、在热轧时，通过增设的浮液冷却处理能有效提供铸锭的硬度和抗拉强度，同时，能使铸锭横向温度一致、横向性能一致、内应力均匀；
4、通过成品热处理能有效消除成品的内应力，保证成品内部组织的均一化。
实验例1
按下述制备方法制得板材试样1。
S1、各组分按重量百分比计，包括：2.7％ Mg、0.05％ Si、0.2％ Fe、0.1％ Cu、0.1％ Mn、0.3％ Cr、0.003％ Zn、0.016％ Ti、0.01％ Zr，余量为Al。
S2、熔炼：将上述各组分混合后投入熔炼炉中熔炼为铸液，熔炼炉的温度控制在600℃，熔炼时间为5h。
S3、除气精炼：将熔炼后的铸液投入到保温炉内，并通入氢气进行除气，并控制氢气的含量在0.2ml/100g(即100g铸液内含0.2ml的氢气)以下。
S4、过滤：采用300ppi的过滤板对铸液进行2-3次过滤。
S5、铸造：将过滤后的铸液进行浇注，并将浇注速度控制在40mm/min左右，然后冷却到室温，得到铸锭。
S6、均匀化热处理：首先将均匀化炉的炉内温度调节至120℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至380℃并保温15h；然后将铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在500℃，保温4h。
S7、铣面：沿铸锭的上、下两面对称铣去一定的厚度，然后将铸锭的头尾锯切掉。
S8、热轧：将铸锭自推进式加热炉内取出，并对铸锭进行第一道次热轧，第一道次热轧温度为480℃，且第一道次热轧时不要求变形量；然后对铸锭进行浮液冷却(将铸锭浸入到常温浮液中)；再对铸锭进行8-10道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求(10mm厚)，且每道次的变形量≥7％。
S9、成品热处理：然后对铣面后的成品铸锭再次进行热处理，其中，热处理温度控制在300℃，保温时间为6h。
S10、表面平整度处理，依次对成品铸锭进行切削、研磨、拉丝处理，即得试样1。
实验例2
按下述制备方法制得板材试样2。
S1、配料：各组分按重量百分比计，包括：5％ Mg、0.3％ Si、0.1％ Fe、0.06％Cu、0.05％ Mn、0.2％ Cr、0.01％ Zn、0.03％ Ti、0.003％ Zr，余量为Al。
S2、熔炼：将上述各组分混合后投入熔炼炉中熔炼为铸液，熔炼炉的温度控制在700℃，熔炼时间为5h。
S3、除气精炼：将熔炼后的铸液投入到保温炉内，并通入氢气进行除气，并控制氢气的含量在0.2ml/100g(即100g铸液内含0.2ml的氢气)以下。
S4、过滤：采用300ppi的过滤板对铸液进行2-3次过滤。
S5、铸造：将过滤后的铸液进行浇注，并将浇注速度控制在50mm/min左右，然后冷却到室温，得到铸锭。
S6、均匀化热处理：首先将均匀化炉的炉内温度调节至150℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至400℃并保温12h；然后将铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在470℃，保温6h。
S7、铣面：沿铸锭的上、下两面对称铣去相同尺寸的厚度，然后将铸锭的头尾锯切掉。
S8、热轧：将铸锭自推进式加热炉内取出，并对铸锭进行第一道次热轧，第一道次热轧温度为450℃，且第一道次热轧时不要求变形量；然后对铸锭进行浮液冷却(将铸锭浸入到常温浮液中)；再对铸锭进行8-10道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求(10mm厚)，且每道次的变形量≥7％。
S9、成品热处理：然后对铣面后的成品铸锭再次进行热处理，其中，热处理温度控制在350℃，保温时间为5h。
S10、表面平整度处理，依次对成品铸锭进行切削、研磨、拉丝处理，即得试样2。
实验例3
按下述制备方法制得板材试样3。
S1、各组分按重量百分比计，包括：2.7％ Mg、0.05％ Si、0.2％ Fe、0.1％ Cu、0.1％ Mn、0.3％ Cr0.003％ Zn、0.016％ Ti、0.01％ Zr，余量为Al。
S2、熔炼：将上述各组分混合后投入熔炼炉中熔炼为铸液，熔炼炉的温度控制在800℃，熔炼时间为4h。
S3、除气精炼：将熔炼后的铸液投入到保温炉内，并通入氢气进行除气，并控制氢气的含量在0.2ml/100g(即100g铸液内含0.2ml的氢气)以下。
S4、过滤：采用300ppi的过滤板对铸液进行2-3次过滤。
S5、铸造：将过滤后的铸液进行浇注，并将浇注速度控制在40mm/min左右，然后冷却到室温，得到铸锭。
S6、均匀化热处理：首先将均匀化炉的炉内温度调节至120℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至400℃并保温10h；然后将铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在500℃，保温4h。
S7、铣面：沿铸锭的上、下两面对称铣去一定的厚度，然后将铸锭的头尾锯切掉。
S8、热轧：将铸锭自推进式加热炉内取出，并对铸锭进行第一道次热轧，第一道次热轧温度为480℃，且第一道次热轧时不要求变形量；然后对铸锭进行浮液冷却(将铸锭浸入到常温浮液中)；再对铸锭进行8-10道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求(10mm厚)，且每道次的变形量≥7％。
S9、成品热处理：然后对铣面后的成品铸锭再次进行热处理，其中，热处理温度控制在350℃，保温时间为5h。
S10、表面平整度处理，依次对成品铸锭进行切削、研磨、拉丝处理，即得试样3。
对试样1-3进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1试样1-3测试结果
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种5系铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括配料、熔炼、除气精炼、铸造、均匀化热处理、热轧、成品热处理、表面平整度处理，其中，
均匀化热处理包括：首先将均匀化炉的炉内温度调节至100-150℃左右；将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内，加热至350-400℃并保温10-15h；然后将铸锭放入至推进式加热炉内，炉内温度控制在470-500℃，保温4-6h；
热轧包括：将铸锭自推进式加热炉内取出，并对铸锭进行第一道次热轧，然后对铸锭进行浮液冷却；再对铸锭进行多道次热轧直至铸锭厚度达到加工要求。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在对铸锭进行多道次热轧时，需保证每次变形量≥7％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一道次热轧温度为450-480℃，且第一道次热轧时不要求变形量。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在成品热处理时，热处理温度控制在180-350℃，保温时间为1-8h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在铸造前，还需对铸液进行过滤处理；在铸造时，将过滤后的铸液进行浇注，并将浇注速度控制在50mm/min以下，然后冷却到室温，得到铸锭。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在除气精炼时，需在熔炼后的铸液中通入氢气进行除气，并控制氢气的含量在0.2ml/100g以下。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在均匀化热处理与热轧之间还包括对铸锭进行铣面。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在配料时，各组分按重量百分比计，包括Mg:1.5-12％、Si:0-0.7％、Fe:0-0.8％、Cu:0-0.6％、Mn:0-1％、Cr:0-0.5％、Zn:0-0.4％、Ti:0-0.1％、Zr:0-0.3％，余量为Al。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，表面平整度处理包括依次进行的切削、研磨、拉丝处理。
10.一种5系铝合金板材，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的制备方法制得。
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