CN1219209A - 制备铝合金箔的方法和制得的制品 - Google Patents
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Abstract
一种用铝硅-铁合金制备铝合金箔制品的方法,方法包括最好用双辊浇铸将合金浇铸成板,将合金冷轧至中间厚度,并对中间厚度材料进行再轧退火。然后将经再轧退火的材料冷轧至最终箔的厚度,然后进行最终再结晶退火。铝合金具有控制量的硅和铁,使得硅含量等于或大于铁含量,且再轧退火温度为800°F(427℃)或更低。控制硅和铁的含量和较低再轧退火温度的组合可以获得晶粒度更细、伸长率更高的改进的箔制品,也减少了生产成本。
Description
发明背景
本发明涉及制备铝合金箔的方法和用该方法制得的箔制品,更具体地,涉及一种利用铝合金化学组成上的方法,从而可采用较低再轧退火温度和较低浇铸厚度,同时改善箔的性能。
背景技术
在已有技术中,一种用来制备箔制品的铝合金是AA8111。该合金的注册组成(重量百分数)范围是0.30-1.1%的Si、0.40-1.0%的Fe、最高含量为0.10%的Cu、最高含量为0.10%的Mn、最高含量为0.05%的Mg、最高含量为0.20%的Cr、最高含量为0.10%的Zn、最高含量为0.08%的Ti、最高含量为0.05%的每种未列出的元素、最高含量为0.15%的未列出元素总量、和其余量为Al。在较佳的化学组成中,铁含量保持高于硅含量。
在制备箔的方法中,将铝合金双辊连续浇铸至厚度约为0.400英寸(10mm)。然后将浇铸板冷轧至中间厚度,通常约为0.045英寸(1.14mm),在850°F(454℃)下进行再轧退火,然后冷轧至最终箔厚度约为0.005-0.0020英寸(13-50μm)。然后箔在550°F(288℃)下进行最终退火处理。
制备铝箔制品中的一个主要目的是获得细的再结晶粒度。由于在箔制品中获得了细的粒度,箔就用Hall-Petch晶粒强化方法获得强化。此外,由于单位箔截面上的晶粒数增加,延性也得到改善。
和所有箔生产操作一样,希望能够提高生产能力,并减少操作费用。实现这些目的的一种方法是,通过浇铸厚度更薄的板来提高浇铸设备的产量,浇铸更薄的板也减少了实现最终箔厚度所需的冷轧厚度减小量。
以更薄的浇铸厚度来浇铸AA8111合金和目前所用的再轧退火温度有一个问题,即在最终箔制品中不能获得细的晶粒度。认为这是由于再轧退火期间存在的组成物颗粒没有所需的大小、密度或颗粒间隙来为新的晶粒生长提供所需的成核位置。虽然以更薄厚度进行浇铸和在850°F(454℃)下进行再轧退火的AA8111中缺少细粒度的缺点可以只靠升高再轧退火温度来克服,但是这种方案直接违背了以较低操作费用来制备箔制品的目的。
因此,需要提供一种方法来制备铝箔制品,该方法中浇铸设备产量较大,即浇铸板的厚度较薄,操作费用较低。
本发明通过采用硅含量大于或等于铁含量的AA8111型合金来克服这些问题。这种铝合金能浇铸成更薄的厚度,而且非常令人惊奇的是,它能在低于已有加工技术的再轧退火温度下进行再轧退火,来制得性能改善的箔制品。
发明概述
因此,本发明第一个目的是提供一种改善的铝合金箔制品的制备方法。
本发明的另一个目的是采用比目前已有技术采用的厚度更薄的板和更低的再轧退火温度来制备铝合金箔制品。
本发明还有一个目的是提供一种铝合金箔制品,该箔制品比已有技术箔制品具有改善的性能,表现在有更细的粒度和更佳的伸长率。
本发明的其它目的和优点可从下述描述中明显看出。
为满足本发明的前述目的和优点,本发明对制备铝合金箔及制品的已有方法作了改进,已有方法是将AA8111合金双辊浇铸成规定厚度的浇铸板,将浇铸板冷轧成中间厚度的板条,在850°F(454℃)下对该中间厚度的板条进行一定时间的再轧退火,将中间厚度的板条最终冷轧成箔,然后对箔进行最终再结晶退火处理,从而制得铝合金箔。根据本发明,铝合金中硅和铁的含量是控制的,硅含量等于或大于铁含量,而且再轧退火温度限制在最高为825°F(441℃)。
更佳的是,铁和硅的含量在0.55-0.75%(重量)范围内,控制硅含量约比铁含量高0.05%(重量)。
本发明的加工方法制得一种铝合金箔制品,与用常规方法加工制得的AA8111箔制品相比,该制品的晶粒度更细,伸长率更高。本发明的硅含量大于或等于铁含量的箔制品使得箔中的组成物大小大于已有技术AA8111箔制品中的组成物大小。这种较大的组成物大小为最终厚度的箔提供了更细的晶粒度。
更佳的是,铝合金用双辊浇铸至板厚度约为0.240英寸(6mm)或更薄,以提高箔生产率。即使箔生产率有了提高,最终厚度的箔制品还是能表现出可接受的箔性能。
附图简述
现在参照本发明说明书的唯一附图,该图显示了本发明方法一个实例的流程示意图。
较佳实例描述
与从AA8111合金制备铝合金箔的已有方法相比,本发明的方法提供了两个方面的优点。首先,如下文详细描述的那样,AA8111以低于目前所用厚度(即0.400英寸(10mm))进行浇铸并不有助于节约费用。由于合金的化学组成,当这些合金以较薄的厚度进行浇铸时,会使最终厚度的箔性能有所降低。当以较薄的厚度进行浇铸时,要改善最终箔性能就要采用经济上不利的加工方法,因为在这种加工方法中再轧退火必须在显著高的温度下进行。
非常令人惊奇的是,本发明的加工方法不仅可以浇铸成厚度较薄的材料,而且还提供了经济上的优点,因为在低于目前常规加工方法中所用的再轧退火温度下就能获得可以接受的箔性能。
如上所述,当用常规方法从浇铸板加工制得时,AA8111合金以小于常规的厚度(即0.400英寸(10mm))进行浇铸是不利的。下列试验证明,当具有常规化学组成的AA8111合金以0.240英寸(6mm)的厚度进行浇铸时,最终厚度的箔的性能不能满足要求。在该试验中,将材料(如表1所示)双辊浇铸至厚度为0.240英寸(6mm)和0.400英寸(10mm)。然后将试样直接冷轧至0.045英寸(1.14mm)。将经冷轧的材料切成6段,并在三个不同温度(850-950°F(454-510℃))下再轧退火6小时,加热和冷却速度为75°F(42℃)/小时。然后将试样从0.045英寸(1.14mm)再轧至最终相当薄的箔厚度,然后在550°F(288℃)下以75°F(42℃)/小时的加热和冷却速度进行最终退火处理2小时。
对6段箔材料的显微结构进行评价,结果揭示了厚度为0.400英寸(10mm)的材料的晶粒度比厚度为0.240英寸(6mm)材料的晶粒度小,不论再轧退火温度如何。更具体地是,厚度为0.240英寸(6mm)的材料的ASTM晶粒度为5-5.5。厚度为0.400英寸(10mm)材料的ASTM晶粒度为6-6.5。
这些结果表明,当以更薄的厚度进行浇铸,并根据常规再轧退火、冷轧和最终退火方法进行加工时,AA8111不能获得适用于箔材料的晶粒度。认为,对于相同的浇铸设备产量,厚度为0.240英寸(6mm)材料的固化速度比厚度为0.400英寸(10mm)材料的固化速度快。由于固化速度较快,有更多的铁/硅组分留在固溶体中而不会引起位错(key dislocation),这样在最终箔厚度的产品中不能获得细的晶粒度。
现在参照唯一的附图,它描述了本发明方法的典型加工工序。将铝合金熔化,并用常规的方法双辊浇铸至厚度为0.240英寸(6mm)。当然,任何已知的连续浇铸方法可用于本发明。下面将更详细地描述合金的化学组成。然后将浇铸板冷轧至中间厚度(0.010-0.045英寸(0.25-1.14mm)),然后以75°F(42℃)/小时的加热和冷却速度,在750-825°F(339-441℃)之间进行再轧退火6小时。然后将再轧退火后的板条最终冷轧成箔的厚度,并在550°F(288℃)下进行最后再结晶退火2小时。这种加工方法提供了厚度约为0.0005-0.0020英寸(13-50μm)的改善的箔制品。在一个实例中,厚度在约0.0006-0.0007英寸(15-18μm)之间。应当理解,这个典型加工方法中所用的变量是较佳的,但也可采用本领域技术人员可知的其它时间、温度等。
下列试验证明了本发明方法有令人惊奇的结果,其中AA8111铝合金在很广的组成范围内,但硅和铁的含量是受控制的,务使硅含量等于或大于铁含量,且再轧退火温度保持在最大温度为825°F(441℃),从而制得箔性能改善的铝合金箔。
为证明本发明方法可获得意外的性能改善,进行下列试验,将代表常规AA8111的铝合金化学组成和相同的只是硅含量超过铁含量的合金化学组或进行比较。然后对这两种化学组成的板材进行加工,模拟在不同再轧退火温度和不同的中间冷轧厚度条件下制备箔。下面的试验中以%(重量)表示合金元素,除非另有特指,试验只是表示本发明较佳的实例,但不应认为本发明局限于这些实例。
试验1
化学组成:
表2详细给出了称为合金A和合金B两种合金中硅和铁的重量百分比。合金A代表已有技术合金,合金B代表与常规AA8111相同,只是硅含量大于铁含量的合金。
加工工序
用生产型双辊浇铸设备将合金A和合金B双辊浇铸成厚度为0.400英寸(10mm)的铸态板。将铸态板冷轧至三个中间厚度,0.010英寸(.0254mm)、0.020英寸(0.51mm)和0.045英寸(1.14mm)。这些冷轧试样在800°F(427℃)的温度下以75°F(42℃)/小时的加热和冷却速度进行再轧退火6小时,并在850°F(454℃)下同样以75°F(42℃)/小时的加热和冷却速度进行再轧退火5小时。然后将中间厚度的材料冷轧至0.002英寸(0.05mm),并在550°F(288℃)下以相同的75°F(42℃)/小时的加热和冷却速度进行最终退火4小时。
机械性能
对于每一再轧退火温度和每一中间厚度的情况,对经最终退火的箔进行伸长率、拉伸强度和屈服强度等机械性能的测定。这些性能列在表3中。
表4显示了所有样品电解腐蚀的表面上采用标线片法(reticule method)测定的ASTM晶粒度。
从伸长率性能的比较可以看出,对于所有的中间厚度,尤其是采用800°F(427℃)的退火,合金B的伸长率比合金A高得多。同样,对每一同样的加工条件,合金B均表现出比合金A更细的粒度。合金B的拉伸强度和屈服强度数值通常较大。应当注意的是,不论再轧退火厚度如何,所有试样均是完全再结晶的。
试验2
为进一步研究再轧退火温度对这些合金性能的影响,另外进行一系列试验来研究再轧退火温度较低的情况。
加工工序
将厚度为0.400英寸(10mm)的合金A和B的铸态板冷轧至中间厚度为0.045英寸(1.14mm)和0.020英寸(0.51mm)。然后将这些中间厚度材料在750-850°F(399-454℃)温度范围内以25°F(14℃)递增的各个温度下进行再轧退火6小时,每一例中加热和冷却速度均为75°F(42℃)/小时。然后将经再轧退火的试样冷轧至0.002英寸(0.05mm),并在与实施例1相同的条件下在550°F(288℃)下进行最终退火处理。
机械性能
表5比较了合金A和合金B按加工条件各中间厚度和再轧退火温度的机械性能。
表6显示了就不同的再轧退火温度和中间厚度情况的合金A和合金B,其ASTM晶粒度的比较结果,晶粒度是在电解腐蚀的箔表面上采用标线片方法测得的。
比较表5中的机械性能,很明显,与合金A相比,合金B具有较大的伸长率和较高的强度。同样,合金B的再结晶粒度比合金A细。另外,当采用0.045英寸(1.14mm)的中间厚度时,晶粒度更细。合金B的拉伸强度和屈服强度之间的差也较大,这表明表示韧性和可挠性也较好。
讨论
如上所述,不论中间退火温度或再轧退火厚度如何,所有样品均是完全再结晶的。然而,对合金A和B进行金相截面的检查表明,合金B的整个截面上有均匀再结晶的晶粒,而合金A的晶粒结构不均匀,在靠近表面位置再结晶晶粒较粗。
用扫描电子显微法(SEM)研究箔试样中的组成大小和分布。该研究结果一致表明,合金A的组成大小和分布与合金B是不同的。通常,合金A箔中的组成大小大多稍小于1微米,而合金B箔中的组分大小大约为1.5微米。
对0.045英寸(1.14mm)厚的中间厚度、以800°F(427℃)和850°F(454℃)进行再轧退火的合金A和B也进行STEM测定。从这些箔上冲出直径为3毫米的圆盘,然后用Tenupol双喷嘴电抛光器(设定在10-13伏)电抛光至最终厚度。电解液为25%硝酸/75%甲醇的混合物,在电抛光时保温在-20℃至-35℃之间。为观察相的大小和分布并对相进行微分析,采用Phillips 420T-STEM,它在一双倾斜式(double tilt)低背景测角计中装有EDAX-X-射线检测器。先制备合金A和B,用于在选择的相上进行形态(外表)分析,这是为了用能量分散光谱法来分析硅的存在。定性比较表明,合金B通常有稍大的组成,且组成颗粒通常富含硅。认为合金B的较高硅含量对增加组成颗粒的中位大小和增加富含硅组成颗粒的数目是有作用的,而这又为形成更多的细晶粒产生了更有效的晶核。
基于上述试验,很明显,由于合金B中含有的较多而有效的硅,而较多的硅含量使得形成更大且更有效的晶核来形成细的再结晶晶粒,所以合金B的再结晶粒度比合金A细。而且,当在低于850°F(454℃)的中间退火,即可从合金B制得细晶粒的再结晶箔。因此,可用比常规加工方法更为经济的中间再轧退火来制得箔制品。此外,当硅含量大于铁含量时,采用较低的再轧退火温度也可制得强度更高、更具延性的箔。
基于上述试验(试验表明,浇铸厚度较薄的AA8111合金会导致较粗晶粒度的最终箔制品),认为采用硅含量等于或大于铁含量的化学组成,可以制得性能可接受的箔制品,因为在该合金化学组成中较高含量的硅的存在会提供更多的晶粒生长成核位置和更细的最终粒度。而常规合金不能以较薄的厚度(如0.240英寸(6mm))进行双辊浇铸,并且在850℃(454℃)下进行标准再轧退火也不能获得可接受的箔制品。采用本发明的加工方法,通过用硅含量等于或大于铁含量的化学组成和经济上有吸引力的再轧退火温度(即825°F(441℃)或更低),可以制得细晶粒的强度高、延性好的箔制品。
表7给出用于本发明方法的较佳合金化学组成。更佳的是,硅保持比铁约高0.05%(重量)。硅在约0.65-0.70%(重量)范围内,铁在约0.60-0.65%(重量)范围内。
本发明的加工方法能制得一种箔制品,它的晶粒度比AA8111合金更细,伸长率和强度比AA8111合金更高。可以认为,箔中组成的硅含量比AA8111箔制品组成的硅含量更高,其大小更大。作为本发明加工方法的结果,这种增大的组成颗粒大小改善了箔制品的整个箔性能。
这样,通过一些较佳的实施例就公开了本发明,实现了本发明上述每个目的,并提供了一种制备铝合金箔制品及从其再制得的制品的改进新方法。
当然,在不脱离本发明精神和范围的条件下,本领域技术人员可以根据本发明说明书所述作各种变动、改进和变化。因此本发明只受所附权利要求限定。
Claims (21)
1.一种制备铝合金箔制品的方法,方法包括下列步骤,将合金浇铸成有规定厚度的浇铸板,合金基本上由0.30-1.1%重量的Si、0.40-1.0%重量的Fe、最高含量为0.10%重量的Cu、最高含量为0.10%重量的Mn、最高含量为0.05%重量的Mg、最高含量为0.05%重量的Cr、最高含量为0.10%重量的Zn、最高含量为0.08%重量的Ti、其余量的Al和不可避免的杂质组成;将浇铸板冷轧成中间厚度的板条,在850°F即454℃下对中间厚度的板条进行一定时间的再轧退火;将中间厚度板条最后冷轧成箔;最后对箔进行再结晶退火制成箔制品;其改进之处包括控制合金中硅和铁的含量使得硅含量等于或大于铁含量,并在最高温度为825°F即441℃下对中间厚度片材进行所述时间的再轧退火。
2.根据权利要求1所述的方法,其中铁和硅的含量均在0.55-0.75%重量范围内。
3.根据权利要求2所述的方法,其中硅含量比铁含量至少高0.05%重量。
4.根据权利要求2所述的方法,其中Cu的最高含量为0.05%重量,Mn的最高含量为0.02%重量,Mg的最高含量为0.02%重量,Cr的最高含量为0.2%重量,Zn的最高含量为0.03%重量,Ti的最高含量为0.03%重量。
5.根据权利要求2所述的方法,其中铁含量在0.55-0.60%重量范围内,硅含量在0.60-0.65%重量范围内。
6.根据权利要求2所述的方法,其中再轧退火温度在750-800°F,即399-427℃范围内。
7.根据权利要求1所述的方法,其中硅含量大于或等于铁含量并在825°F即441℃下进行再轧退火的箔制品,其晶粒度比铁含量大于硅含量且在850°F即454℃下进行再轧退火的AA8111箔制品的晶粒度细。
8.根据权利要求1所述的方法,其中硅含量大于或等于铁含量并在825°F即441℃下进行再轧退火的箔制品,其伸长率比铁含量大于硅含量且在850°F即454℃下进行再轧退火的AA8111箔制品的伸长率高。
9.根据权利要求1所述的方法,其中硅含量大于或等于铁含量的箔制品,其组成颗粒大小通常大于铁含量大于硅含量的AA8111箔制品的组成颗粒大小,较大的组成颗粒大小为箔制品提供比AA8111箔制品更细的晶粒度。
10.根据权利要求1所述的方法,其中将含有控制量硅和铁的合金浇铸至厚度不超过0.240英寸即6mm。
11.根据权利要求1所述的方法,其中浇铸板被冷轧至中间厚度在0.010-0.045英寸即0.25-1.14mm范围内,箔制品的厚度在0.0006-0.0007英寸即15-18μm范围内。
12.一种制备铝合金箔的方法,方法包括步骤:
a)提供一种铝合金熔体,其基本上由0.55-0.75%重量Fe、0.55-0.75%重量Si、最高含量为0.05%重量的Cu、最高含量为0.03%重量的Mn、最高含量为0.02%重量的Mg、最高含量为0.02%重量的Cr、最高含量为0.03%重量的Zn、最高含量为0.03%重量的Ti、其余量的Al和不可避免的杂质组成,其中硅含量大于或等于铁含量;
b)将所述铝合金熔体双辊浇铸成厚度小于或等于约0.240英寸即6mm的浇铸板;
c)将所述浇铸板冷轧至中间厚度在0.010-0.045英寸即0.25-1.14mm范围内;
d)在等于或低于825°F即441℃的温度下对所述中间厚度的板条进行再轧退火一定时间;
e)将所述经退火的中间厚度板条最终冷轧成厚度在0.0005-0.0020英寸范围内的箔;和
f)对所述箔进行最终退火,使所述箔完全再结晶。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述再轧退火温度在750-800°F即399-427℃范围内。
14.根据权利要求12所述的方法,其中硅含量比铁含量高0.05%重量。
15.根据权利要求12所述的方法,其中硅含量在0.65-0.70%重量范围内,铁含量在0.60-0.65%重量范围内。
16.一种用权利要求1所述的方法制得的箔制品。
17.一种用权利要求12所述的方法制得的箔制品。
18.根据权利要求16所述的箔制品,其中硅含量大于或等于铁含量且在825°F即441℃下进行再轧退火的箔制品,其晶粒度比铁含量大于硅含量且在850°F即454℃下进行再轧退火的AA8111箔制品的晶粒度细。
19.根据权利要求17所述的箔制品,其中硅含量大于或等于铁含量且在825°F即441℃下进行再轧退火的箔制品,其晶粒度比铁含量大于硅含量且在850°F即454℃下进行再轧退火的AA8111箔制品的晶粒度细。
20.根据权利要求16所述的箔制品,其中硅含量大于或等于铁含量的箔制品其组成颗粒大小通常大于铁含量大于硅含量的AA8111箔制品的组成颗粒大小,较大的组成颗粒大小为箔制品提供了比AA8111箔制品更细的晶粒度。
21.根据权利要求17所述的箔制品,其中硅含量大于或等于铁含量的箔制品其组成颗粒大小通常大于铁含量大于硅含量的AA8111箔制品的组成颗粒大小,较大的组成颗粒大小为箔制品提供了比AA8111箔制品更细的晶粒度。
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