TW201333228A - 高成型性鋁合金的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種高成型性鋁合金的製造方法，包含一備料步驟、一澆鑄成型步驟、一熱軋延預熱步驟、一熱軋延步驟、一冷軋延步驟，及一退火步驟。在備料步驟中利用重量百分比0.20wt%~0.30wt%的錳元素來取代傳統鋁合金中的鉻元素，使製造過程中巨大晶出物不會產出，同時達到細化晶粒及降低退火敏感性之功效，讓產生的鋁合金的成型性高，另外，在生產製程方面僅需經由一次退火步驟就可完成，亦有縮短製程之功效，進而節省製造時間與成本。

Description

高成型性鋁合金的製造方法

本發明是有關於一種鋁合金的製造方法，特別是指一種高成型性鋁合金的製造方法。

近年來，高科技電子產業的蓬勃發展，鋁合金正以其優良之散熱、導電、質輕、防磁遮蔽等性能，逐步應用在各式3C產品的外觀殼件及電子零組件，而3C產品之外觀殼件對於材料機械性能、成型性、彎曲性與表面品質之要求特別嚴苛，目前一般3C電子零組件所使用的鋁材以傳統之5052-H32材料為主(Al-Mg-Cr合金)，主要是基於鎂(Mg)元素具有固溶強化與加工硬化之雙重特性，且添加鉻(Cr)元素具有細化晶粒、提高再結晶溫度與改善耐應力腐蝕性之功效。

然而，上述5052-H32鋁合金在製造方法的步驟繁複，製造成本高，因此有業者提出如中華民國專利第I346140號「高強度與高成型性鋁合金的製造方法」發明專利案，依該案製成的鋁合金相較於傳統5052-H32鋁合金，有較佳的機械性質與簡化製造流程的功效。但隨著3C產品的發展，特別是如LED液晶電視的尺寸愈來愈大，不管是傳統5052-H32鋁合金，或是依專利第I346140號發明案製成的鋁合金，上述鋁合金的成型性性質仍不足以滿足製造大尺寸產品時的變形量，在加工沖壓的過程中，容易發生破裂的現象，因此如何改善上述缺點，一直是相關業者努力的目標。

因此，本發明之目的，即在提供一種成型量高的高成型性鋁合金的製造方法。

於是，本發明高成型性鋁合金的製造方法，包含一備料步驟、一澆鑄成型步驟、一熱軋延預熱步驟、一熱軋延步驟、一冷軋延步驟，及一退火步驟。

該備料步驟是將重量百分比0.15wt%~0.25wt%的鐵、重量百分比0.20wt%~0.30wt%的錳，重量百分比在2.0wt%~3.0wt%的鎂，及重量百分比在0.20wt%以下的矽，熔融於平衡量之鋁原料中，以備製出一熔融狀態之鋁合金原料，其中，該鋁原料含有無法避免且重量百分比在0.1wt%以下的雜質。

該澆鑄成型步驟，是將熔融之該鋁合金原料經過澆鑄而成型一鋁胚料。

該熱軋延預熱步驟是將成型後之鋁胚料置於一攝氏500度以上之預熱爐內，並保持至少二小時以上。

該熱軋延步驟是將經過該熱軋延預熱步驟後之鋁胚料於攝氏350~500℃之間進行熱軋延並形成一鋁捲料。

該冷軋延步驟是將經過該熱軋延步驟後之鋁捲料待冷卻至室溫後再予以冷軋，且冷軋量是在60%以上。

該退火步驟是將經過該冷軋延步驟後之鋁捲料予以退火熱處理，退火溫度是介於320℃~350℃之間，退火時間是至少2小時以上。

本發明之功效在於：利用特定重量百分比的錳元素來取代傳統5052鋁合金中的鉻元素，使製造過程中巨大晶出物不會產出，同時達到細化晶粒及降低退火敏感性之功效，另外，在生產製程方面僅需經由一次退火步驟就可完成，亦有縮短製程之功效，進而節省製造時間與成本。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，為本發明高成型性鋁合金的製造方法之第一較佳實施例，包含一備料步驟11、一澆鑄成型步驟12、一熱軋延預熱步驟13、一熱軋延步驟14、一冷軋延步驟15，及一退火步驟16。

首先進行該備料步驟11，該備料步驟11是將重量百分比0.15wt%~0.25wt%的鐵、重量百分比為0.20wt%~0.30wt%的錳、重量百分比在2.0wt%~3.0wt%的鎂，及重量百分比在0.2wt%以下的矽，熔融於平衡量之鋁原料中，以備製出一熔融狀態之鋁合金原料，其中，該鋁原料含有無法避免且重量百分比在0.1wt%以下的雜質(如銅、鈦、硼等元素)。

本實施例是使用錳元素來代替習知的鉻元素，主要考量為錳元素之添加不僅具有促進加工硬化、增加強度外，亦擁有細化晶粒與降低退火敏感性之功效，有利於實際操作之生產，且由於其本身和Al、Fe等合金元素具有極高之親和力，因此不論在澆鑄過程或預熱步驟中，均能發現含錳之晶出物(Eutectic Precipitate)或二次析出物(2^nd Precipitate)存在，此類的晶出物或二次析出物是必要的，其可促使鋁材內形成微細之次晶粒。但Mn添加量過多，使加工硬化明顯，則材料的延展性則不足，因此錳的添加量需控制在0.2wt%~0.3wt%。

接著，進行該澆鑄成型步驟12，該澆鑄成型步驟12是將熔融之該鋁合金原料經過澆鑄而成型出一鋁胚料，由於澆鑄用之鑄模及方法皆為業界習知的技術，在此則不對其進一步說明。

之後，進行該熱軋延預熱步驟13，該熱軋延預熱步驟13是將成型後之鋁胚料置於一攝氏500度以上之預熱爐內，並保持至少二小時以上。在本步驟中，該鋁胚料被加熱以利後續之熱軋延製程，而該鋁胚料同時也會藉由該預熱爐內之高溫而均質化，即預熱兼均質化之功效，鋁胚料均質化的目的主要是消除澆鑄過程中Mg元素之逆偏析，以縮小各項材質性能的變異性，若預熱溫度低於500℃或是預熱時間少於2小時，則其均質化效果不佳，進而失去其消除Mg逆偏析之效果。

然後，進行該熱軋延步驟14，該熱軋延步驟14是將經過該熱軋延預熱步驟13後之鋁胚料於攝氏350~500℃間進行熱軋延，而經過此熱軋延步驟14後之鋁胚料即會成片狀，並盤捲成為鋁捲料。

接著，進行該冷軋延步驟15，該冷軋延步驟15是將經過該熱軋延步驟14後之鋁捲料，待冷卻至室溫後再予以冷軋，且冷軋量是在60%以上。而在冷軋延過程中，上述備製步驟1中所添加的鐵、錳等元素便會阻礙冷加工差排(Dislocation)的移動，讓差排於該鋁捲料內迅速累積，藉此達到提高該鋁捲料之抗拉強度的目的，即是所謂的冷加工強化(Cold work strengthening)現象，若冷軋量在60%以下時，則其機械強度將不足。另外要注意的是，在該熱軋延步驟14及冷軋延步驟15中所用之軋延機皆為業界現有之設備，應為對此技術領域有通常知識的人所熟悉，所以在此不加以贅述。

最後，進行該退火步驟16，該退火步驟16是將經過該冷軋延步驟15後之鋁捲料予以退火熱處理，退火溫度是介於320℃~350℃之間，且退火時間是至少2小時以上。藉由高溫退火作用，使原先被牽絆的冷加工差排能夠部分脫離固溶元素(鐵、錳)的牽絆而移動，使該鋁捲料內部微觀組織之差排能獲得更佳的排列，因此藉由前述鐵、錳元素量的控制，能提高該鋁捲料之延展性，而有較佳的成型性。

經過實驗證明，本實施例中所製出的鋁合金，可藉由參閱下列表一看出其特性及與習知的比較，其中，5052為美國鋁業協會(Aluminium Association,AA)的合金編號，-O為退火至最低強度的熱處理代號，-H32為加工硬化再正常化的熱處理代號，此表示方式為熟知該項技術領域的通常知識者的公知技術，在此不多做說明。

由上述數據可看出，在5052-O材料為退火至最低強度之材質，因此抗拉強度較5052-H32材料低，但有較佳的延展性，而在傳統例3較傳統例2多進行一次退火處理，因此在彎曲性及鋁背板沖壓性佳，但相對的也增加製程的時間與成本。而發明例1、2、3僅需進行一次退火處理即與傳統例3有相當的延展性，而發明例2的抗拉強度更相當於5052-H32，此為添加的鎂元素較多，有助於提升結構強度。因此本實施例中製造出的鋁金合，不僅適用於鋁背板的沖壓使用，在製程上也較習知縮短許多，進而節省製作工時、複雜度，及耗費的人力...等成本。

如圖2所示，為本發明高成型性鋁合金的製造方法之第二較佳實施例，大致上是與該第一較佳實施例相同，相同之處不再贅言，其中不相同之處在於：當該澆鑄成型步驟12完成後，是先經過一均質化步驟17後才進行該熱軋延預熱步驟13，因此，該鋁胚料在成型後是先置於一攝氏500度以上的均質化爐，且置於該均質化爐內至少二小時以上，再將該鋁胚料取出，並待該鋁胚料冷卻至室溫後再進行該熱軋延預熱步驟13，此時預熱時間則不需保持二小時以上，該鋁胚料達到預熱溫度(攝氏500度)即可進行熱軋延。在本實施中為均質化與預熱分次進行，除可充分運用設備外，並可經由分段操作的步驟以減少生產排程流程的延宕。

綜上所述，本發明高成型性鋁合金的製造方法，利用重量百分比在0.20wt%~0.30wt%的錳元素來取代習知的鉻元素，達到細化晶粒及降低退火敏感性之功效，另外，在生產製程方面也只需經過備料、澆鑄成型、熱軋延預熱、熱軋延、冷軋延，及退火等步驟就可製出比習知強度及成型性更佳的鋁合金，同時兼具縮短製程之優點，進而節省製造時間與成本，故確實能達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11．．．備料步驟

12．．．澆鑄成型步驟

13．．．熱軋延預熱步驟

14．．．熱軋延步驟

15．．．冷軋延步驟

16．．．退火步驟

17．．．均質化步驟

圖1是一流程示意圖，說明本發明高成型性鋁合金的製造方法的第一較佳實施例；以及

圖2是一流程示意圖，說明本發明高成型性鋁合金的製造方法的第二較佳實施例。

11．．．備料步驟

12．．．澆鑄成型步驟

13．．．熱軋延預熱步驟

14．．．熱軋延步驟

15．．．冷軋延步驟

16．．．退火步驟

Claims (6)

1. 一種高成型性鋁合金的製造方法，包含：(a)一備料步驟，將重量百分比0.15wt%~0.25wt%的鐵、重量百分比0.20wt%~0.30wt%的錳，重量百分比在2.0wt%~3.0wt%的鎂，及重量百分比在0.20wt%以下的矽，熔融於平衡量之鋁原料中，以備製出一熔融狀態之鋁合金原料，其中，該鋁原料含有無法避免且重量百分比在0.1wt%以下的雜質；(b)一澆鑄成型步驟，是將熔融之該鋁合金原料經過澆鑄而成型一鋁胚料；(c)一熱軋延預熱步驟，是將成型後之鋁胚料置於一攝氏500度以上之預熱爐內，並保持至少二小時以上；(d)一熱軋延步驟，是將經過該熱軋延預熱步驟後之鋁胚料於攝氏350~500℃間進行熱軋延並形成一鋁捲料；(e)一冷軋延步驟，是將經過該熱軋延步驟後之鋁捲料待冷卻至室溫後再予以冷軋，且冷軋量是在60%以上；及(f)一退火步驟，是將經過該冷軋延步驟後之鋁捲料予以退火熱處理，退火溫度是介於320℃~350℃之間，退火時間是至少2小時以上。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之高成型性鋁合金的製造方法，其中，在步驟(a)中鐵的重量百分比為0.15wt%~0.25wt%，錳的重量百分比為0.20wt%，鎂的重量百分比在2.0wt%，矽的重量百分比為0.20wt%。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之高成型性鋁合金的製造方法，其中，在步驟(a)中鐵的重量百分比為0.15wt%~0.25wt%，錳的重量百分比為0.2wt%，鎂的重量百分比在3.0wt%，矽的重量百分比為0.20wt%。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之高成型性鋁合金的製造方法，其中，在步驟(a)中鐵的重量百分比為0.15wt%~0.25wt%，錳的重量百分比為0.30wt%，鎂的重量百分比在2.0wt%，矽的重量百分比為0.20wt%。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之高成型性鋁合金的製造方法，其中，在步驟(a)中鐵的重量百分比為0.15wt%~0.25wt%，錳的重量百分比為0.3wt%，鎂的重量百分比在3.0wt%，矽的重量百分比為0.20wt%。
6. 一種高成型性鋁合金的製造方法，依序包含：一備料步驟，將重量百分比0.15wt%~0.25wt%的鐵、重量百分比0.20wt%~0.30wt%的錳，重量百分比在2.0wt%~3.0wt%的鎂，及重量百分比在0.20wt%以下的矽，熔融於平衡量之鋁原料中，以備製出一熔融狀態之鋁合金原料，其中，該鋁原料含有無法避免且重量百分比在0.1wt%以下的雜質；一澆鑄成型步驟，是將熔融之該鋁合金原料經過澆鑄而成型一鋁胚料；一均質化步驟，是將成型後的該鋁胚料置於一攝氏500度以上的均質化爐內，且置於該均質化爐內至少二小時以上，再將該鋁胚料取出，並待該鋁胚料冷卻至室溫；一熱軋延預熱步驟，是將經過該均質化步驟並冷卻至室溫的鋁胚料置於一攝氏500度以上之預熱爐內，並將該鋁胚料加熱至一預熱溫度後取出；一熱軋延步驟，是將經過該熱軋延預熱步驟後之鋁胚料於攝氏350~500℃間進行熱軋延並形成一鋁捲料；一冷軋延步驟，是將經過該熱軋延步驟後之鋁捲料待冷卻至室溫後再予以冷軋，且冷軋量是在60%以上；及一退火步驟，是將經過該冷軋延步驟後之鋁捲料予以退火熱處理，退火溫度是介於320℃~350℃之間，退火時間是至少2小時以上。