TWI551702B - 鋁鎂合金板材及其製造方法 - Google Patents

Description

鋁鎂合金板材及其製造方法

本發明是有關於一種鋁鎂合金板材及其製造方法，且特別是有關於一種利用特定組成以及分段式熱處理步驟所製得的鋁鎂合金板材及其製造方法。

近代工業中，質量輕、耐蝕性及成形性佳的鋁鎂合金被各個工業領域廣泛地利用。舉凡如車輛、建築、家電五金、電線電纜、運動器材或光學器材等領域皆會應用鋁鎂合金作為其中的材料。習知的鋁鎂合金為加工硬化型合金，其係屬於完全退火料，故可具有良好的延展性。然而，鋁鎂合金具有強度偏低的缺點。為增加鋁鎂合金的強度，習知的一個方法係對鋁鎂合金進行冷軋延，以強化其強度。但是，經過冷軋延後的鋁鎂合金的延展性下降，因此使得鋁鎂合金無法兼具延展性和強度。

另外一種增加鋁鎂合金強度的方法係在形成鋁鎂合金的合金材料中添加如銅、鋯、錳、鍶等元素，並透過退火配合烘烤，以達到使上述元素固溶後析出，進而增加鋁鎂合金強度的效果。然而，上述之方法仍須透過後續之烤漆 製程以達到適用於產業界之強度，故仍無法製得兼具延展性及強度的鋁鎂合金板材。

根據上述之種種問題，目前亟需提出一種鋁鎂合金板材的製造方法，其使所製得之鋁鎂合金板材兼具適用於產業界的延展性及強度。此外，為增加產業界的應用效率，上述鋁鎂合金板材的製造方法應可在短時間內製得鋁鎂合金，以增加產值。

因此，本發明之一態樣是在提供一種鋁鎂合金板材的製造方法，其包含特定組成之熔融合金材料以及特定製程手段。

本發明之另一態樣是在提供一種鋁鎂合金板材，其係由上述之製造方法所形成。所述之鋁鎂合金板材兼具延展性及強度。

根據本發明之上述態樣，提出一種鋁鎂合金板材的製造方法。在一實施例中，首先提供熔融合金材料，其包含2重量百分比(wt%)至6wt%之鎂、0.2wt%至0.7wt%之銅、0.15wt%至0.5wt%之錳、0.05wt%至0.35wt%之鐵、0.05wt%至0.2wt%之矽以及其餘為鋁和其他不可避免之雜質。接著，對上述熔融合金材料進行成型步驟，以形成胚料。然後，對胚料進行熱軋延步驟，以形成捲料。接下來，對捲料進行冷軋延步驟，以形成板材半成品。之後，對板材半成品進行分段式熱處理步驟，以製得鋁鎂合金板 材。上述之分段式熱處理步驟可包含對板材半成品進行退火處理，以形成第一熱處理板材；對第一熱處理板材進行淬火處理，以形成第二熱處理板材；以及，於室溫中對第二熱處理板材進行空冷處理。上述之淬火處理係包含以冷卻速度為至少150℃/秒的急冷處理，將第一熱處理板材冷卻至80℃至260℃。

依據本發明之一實施例，前述熱軋延步驟可更包含於480℃至540℃下進行一預熱處理達至少二小時。

依據本發明之一實施例，熱軋延步驟可於300℃至540℃下進行。

依據本發明之一實施例，冷軋延步驟可更包含對捲料進行冷卻處理，以使捲料冷卻至室溫。

依據本發明之一實施例，冷軋延步驟之冷軋量可為40%至80%。

依據本發明之一實施例，退火處理可於450℃至580℃下進行達1至5分鐘。

依據本發明之一實施例，空冷處理可更包含盤捲第二熱處理板材。

依據本發明之一實施例，成型步驟可為澆鑄成型步驟。

根據本發明之另一態樣，提出一種鋁鎂合金板材，其係利用上述之方法所製得。其中鋁鎂合金片可具有不小於128MPa之降伏強度，以及不小於26%之伸長率。

應用本發明之鋁鎂合金板材的製造方法，可製 得兼具延展性與強度之鋁鎂合金板材，因此可克服習知之鋁鎂合金板材製程中，鋁鎂合金板材在完全退火後強度偏低，但經冷軋處理又降低延展性之製程缺點。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供熔融合金材料

120‧‧‧對熔融合金材料進行成型步驟，以形成胚料

130‧‧‧對胚料進行熱軋延步驟，以形成捲料

140‧‧‧對捲料進行冷軋延步驟，以形成板材半成品

150‧‧‧對板材半成品進行分段式熱處理步驟，以製得鋁鎂合金板材

200‧‧‧分段式熱處理步驟

210‧‧‧對板材半成品進行退火處理，以形成第一熱處理板材

220‧‧‧對第一熱處理板材進行淬火處理，以形成第二熱處理板材

230‧‧‧於室溫中對第二熱處理板材進行空冷處理，以製得鋁鎂合金板材

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示根據本發明之一實施例所述之鋁鎂合金板材之製造方法的部分流程圖；以及[圖2]係繪示根據本發明之一實施例所述之分段式熱處理步驟之流程圖。

本發明係之一態樣是提供一種鋁鎂合金板材的製造方法，其係利用特定組成的熔融合金材料，搭配成型步驟、熱軋延步驟、冷軋延步驟以及分段式熱處理步驟，以製得兼具延展性和強度的鋁鎂合金板材。

特別說明的是，本發明此處所稱之「分段式熱處理步驟」係指對後述之板材半成品進行二階段且不同冷卻速度的降溫。第一階段(或稱淬火處理)係以冷卻速度為至少150℃/秒的急冷處理，將退火後之第一熱處理板材降溫至80℃至260℃，以形成第二熱處理板材。而第二階段(或稱空冷處理)係使第二熱處理板材於室溫中自然降溫。藉由上述分段式熱處理步驟，配合如後所述之熔融合金材料的特定 組成，可使所形成之低矽含量的鋁鎂合金板材兼具延展性和強度，以下將詳細說明。

上述之熔融合金材料可包括2重量百分比(wt%)至6wt%之鎂、0.2wt%至0.7wt%之銅、0.15wt%至0.5wt%之錳、0.05wt%至0.35wt%之鐵、0.05wt%至0.2wt%之矽以及其餘為鋁和其他雜質元素。在一例子中，上述之雜質元素之含量較佳為低於1wt%。

在一實施例中，上述之鎂、銅、錳、鐵及矽可稱為固溶元素，且固溶元素之含量為過飽和之含量，其係為在後續的退火處理中固溶於鋁中，進而增加所製得之鋁鎂合金板材的延展性。後續製程中，亦使用分段式熱處理步驟使部分的固溶元素析出，以增加所製得之鋁鎂合金板材的強度。

因此，若上述之鎂的含量少於2wt%，則所製得之鋁鎂合金板材成形性不佳，然若上述之鎂的含量高於6wt%，容易於生產製程中有偏析、時效軟化、軋延困難等現象，而使鋁鎂合金板材的穩定性不佳。若上述之銅的含量低於0.2wt%，所製得之鋁鎂合金板材的強度不足，然若上述之銅含量高於0.7wt%，則不易於後續製程中加工，例如會影響所製得之鋁鎂合金板材的耐蝕性。若上述之錳的含量小於0.15wt%，則無法達到飽和固溶量，以使其於分段式熱處理步驟中聚集或析出，若如錳之固溶元素未聚集或析出，會影響所製得之鋁鎂合金板材的強度。然而，若錳的含量高於0.50wt%，則所形成之鋁鎂合金板材的成形性和 強度(易產生裂痕)皆不佳。若上述之矽或鐵高於本發明所主張之範圍(矽大於0.2wt.%或鐵大於0.35wt.%)，則所製得之鋁鎂合金板材的成形性不佳。

接下來將利用圖1說明本發明之鋁鎂合金板材之製造方法。圖1係繪示根據本發明之一實施例所述之鋁鎂合金板材的製造方法之部分流程圖。如圖1所示，首先，在步驟110中提供熔融合金材料。熔融合金材料之詳細組成已於前文中說明，故此處不另贅述。接著，如步驟120所示，對熔融合金材料進行成型步驟，以形成胚料。上述之成型步驟可例如使用澆鑄成型。在一例子中，上述之澆鑄成型可例如使用預定速度和預定水量，以提供冷水至熔融合金材料中，藉以形成胚料。預定速度可例如為每分鐘70mm至每分鐘150mm，而預定水量則可例如為每小時9立方公尺至每小時12立方公尺。

然後，如步驟130所示，對胚料進行熱軋延步驟，以形成捲料。上述之熱軋延步驟可於300℃至540℃下進行0.5小時至2小時，且所得之熱軋量可為30%至80%。此外，熱軋延步驟更包含在熱軋延前，於480℃至540℃下進行預熱處理達至少二小時，以輔助熱軋延之進行。

接著，如步驟140所示，對捲料進行冷軋延步驟，以形成板材半成品。上述之冷軋延步驟的冷軋量可為40%至80%，且冷軋延步驟可包含在進行冷軋延前，對捲料進行冷卻處理，以將捲料冷卻至室溫。冷卻處理可例如為水冷或其他習知之冷卻方法，所述的冷卻方法應為本技術領域 的人員之通常知識，此處不另贅述。若冷軋量不落於40%至80%之間，會造成冷作儲存能不足，進而使在後續退火處理中所形成的晶粒過於粗大，影響所製得之鋁鎂合金板材的強度及延展性。

再來，如步驟150所示，對上述之板材半成品進行分段式熱處理步驟，以形成鋁鎂合金板材。接下來以圖2詳細說明如圖1所述之分段式熱處理步驟。圖2係繪示根據本發明之一實施例所述之分段式熱處理步驟200的流程圖。在一實施例中，首先，如步驟210所示，對板材半成品進行退火處理，以形成第一熱處理板材。上述退火處理係於450℃至580℃下進行達1至5分鐘。接下來，如步驟220所示，對第一熱處理板材進行淬火處理，以將第一熱處理板材冷卻為80℃至260℃，藉以形成第二熱處理板材。其中上述淬火處理可包含急冷處理，且急冷處理之冷卻速度可為至少150℃/秒。然後，如步驟230所示，於室溫下對第二熱處理板材進行空冷處理，而製得鋁鎂合金板材。此處所稱之空冷處理係將第二熱處理板材降溫至室溫。

在一例子中，上述之急冷處理可例如使用空淬或水淬進行，其中空淬可例如使用高壓氣體噴吹第一熱處理板材，使其急速冷卻，所使用之氣體可例如為氮氣。在一例子中，在上述之空冷處理中，可盤捲第二熱處理板材，以利用第二熱處理板材的自體餘溫延緩其在大氣氛圍下的降溫速度。上述之空冷處理可例如進行12小時至3天。

在一實施例中，本發明之鋁鎂合金板材的製造 方法之退火處理所形成的第一熱處理板材為完全退火料，其中完全退火料中的固溶元素(如鎂、銅、錳、矽或鐵)係充分溶解於鋁中，故所述之完全退火料具延展性。之後，由於淬火處理係以至少150℃/秒之冷卻速度，將完全退火料冷卻為80℃至260℃，而非完全冷卻(也就是冷卻至室溫)，因此可維持前述固溶元素的過飽和固溶含量，藉以維持鋁鎂合金板材的延展性，但可增加鋁鎂合金板材的強度。上述之空冷處理係使前述第二熱處理板材緩慢地降溫，故可使第二熱處理板材中的固溶元素部份地聚集或析出，因此可增加所製得之鋁鎂合金板材的強度。簡單來說，因上述完全退火及析出強化的效果，而使本發明之鋁鎂合金可兼具延展性和強度。

因此，若不進行上述之淬火處理，則為使所製得之鋁鎂合金板材兼具延展性和強度，必須進行非常長時間的(例如至少1個月)低溫熱處理步驟，花費時間過長，故不適用於產業界。若上述之冷卻速度小於150℃/秒，則無法增加鋁鎂合金板材強度。若急冷處理所達的溫度低於80℃時，會因溫度過低，造成固溶元素析出嚴重，而無法維持延展性，更可能使第二熱處理板材產生裂痕；反之，若急冷處理所達的溫度高於260℃時，則會造成鋁鎂合金板材的強度不足，且後續空冷處理至室溫的處理時間增長。再者，若不進行本發明之分段式熱處理步驟，則所製得之鋁鎂合金板材無法達到兼具延展性和強度的功效。

應注意的是，如圖1和圖2所示之製程流程圖僅繪示本發明之鋁鎂合金板材的製造方法的部分流程。於本技 術領域具有通常知識者，應可根據本發明所提供之實施例，而於任一製程/步驟前、中或後額外進行其他步驟。在一例子中，可於進行熱軋延步驟前，對胚料進行均質化處理，上述之均質化處理可於適當溫度之加熱爐中進行，上述步驟實屬本技術領域具有通常知識者熟知，故此處不另贅述。

此外，由於利用本發明之製造方法以及熔融合金材料之組成所形成之鋁鎂合金板材已兼具延展性和強度，故可排除於使用鋁鎂合金板材前，先進行熱處理(如再加熱、固溶等步驟)的工序。因此，本發明所製得之鋁鎂合金板材也可有效減少使用前的準備時間。

接下來以各個實施例與比較例對本發明之鋁鎂合金板材及其製造方法進行具體說明。

實施例1

首先提供包含2.5wt%之鎂、0.57wt%之銅、0.45wt%之錳、0.12wt%之矽、0.25%之鐵、95.11wt.%之鋁和小於1wt.%的雜質元素的熔融合金材料。接著，以每分鐘70mm的速度以及每小時9立方公尺的水量澆鑄熔融合金材料，以形成胚料。然後，在540℃之預熱爐內預熱胚料，並於540℃下熱軋延胚料，以形成捲料，其中完軋溫度為300℃。之後，將捲料冷卻至室溫後，冷軋延捲料以形成板材半成品，其中冷軋量為80%。再來，於450℃下對板材半成品進行退火處理達1分鐘，以形成第一熱處理板材。接下來，以150℃/秒之冷卻速度，將第一熱處理板材急冷至 80℃，以形成第二熱處理板材。之後，盤捲第二熱處理板材並將其置於室溫中少於3天，使其降溫至室溫，而製得實施例1之鋁鎂合金板材。

實施例2至6

實施例2至6係使用與實施例1相同之方法製得鋁鎂合金板材，惟其係使用不同的製程條件和熔融合金材料組成。詳細之製程條件係如表1所示，故此處不另贅述。

比較例1

首先提供包含2.5wt%之鎂、0.57wt%之銅、0.45wt%之錳、0.12wt%之矽、0.25%之鐵、95.11wt.%之鋁和小於1wt.%的雜質元素的熔融合金材料。接著，以每分鐘70mm的速度以及每小時9立方公尺的水量澆鑄熔融合金材料，以形成胚料。然後，在540℃之之預熱爐內預熱胚料，於540℃下對胚料進行熱軋延，以形成捲料，其中完軋溫度為300℃。之後，將捲料冷卻至室溫後，對捲料進行冷軋延以形成板材半成品，其中冷軋量為80%。再來，於450℃下對板材半成品進行退火處理達1分鐘，並將其自然降溫至室溫，而製得比較例1之鋁鎂合金板材。

比較例2至3

比較例2至3係使用與比較例1相同之製造方法製得之鋁鎂合金板材，惟其係使用不同的製程條件和熔融合金材料組成。詳細之製程條件及評價結果係如表1所示，故此處不另贅述。

比較例4

比較例4係使用市售之AA5182之鋁鎂合金板材直接進行下述之評價方式的測試，評價結果悉如表1所示。

評價方式 1.降伏強度

本發明此處所稱之降伏強度係指所製得之鋁鎂合金板材對於產生永久形變前所能承受之力的大小，其係根據ASTM標準方法E8進行測量。本發明之降伏強度係越強越佳。

2.伸長率

本發明此處所稱之伸長率係代表鋁鎂合金板材之延展性，其係根據ASTM標準方法E8之方式進行測量。於本發明之評價方式中，伸長率越大代表延展性越佳。

如表1所示，利用本發明之製造方法所製得之鋁鎂合金板材，在經過分段式熱處理步驟後，可製得具有不小於128MPa之降伏強度以及不小於26%之伸長率的鋁鎂合金板材。然而，如表1之比較例1至3可知，若直接將退火後之第一熱處理板材自然冷卻至室溫(即採用一階段降溫)，則所製得之鋁鎂合金板材無法兼具強度及延展性。此外，根據表1之比較例1至3和比較例4可知，即使銅的含量介於0.2wt%至0.7wt%，若未使用本發明之分段式熱處理步驟，則所製得之鋁鎂合金板材亦無法兼具強度及延展性。

應用本發明之鋁鎂合金板材及其製造方法，可在短時間內製得兼具延展性及強度的鋁鎂合金板材，且所製 得之鋁鎂合金板材在使用前，不需再經額外的熱處理步驟，以強化其強度。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供熔融合金材料

120‧‧‧對熔融合金材料進行成型步驟，以形成胚料

130‧‧‧對胚料進行熱軋延步驟，以形成捲料

140‧‧‧對捲料進行冷軋延步驟，以形成板材半成品

150‧‧‧對板材半成品進行分段式熱處理步驟，以製得鋁鎂合金板材

Claims (9)

1. 一種鋁鎂合金板材的製造方法，包含：提供一熔融合金材料，包含：2重量百分比(wt%)至6wt%之鎂；0.2wt%至0.7wt%之銅；0.15wt%至0.5wt%之錳；0.05wt%至0.35wt%之鐵；0.05wt%至0.2wt%之矽；以及其餘為鋁及其他不可避免之雜質；對該熔融合金材料進行一成型步驟，以形成一胚料；對該胚料進行一熱軋延步驟，以形成一捲料；對該捲料進行一冷軋延步驟，以形成一板材半成品；以及對該板材半成品進行一分段式熱處理步驟，以製得該鋁鎂合金板材，其中該分段式熱處理步驟包含：進行一退火處理，以形成一第一熱處理板材；進行一淬火處理，使該第一熱處理板材冷卻至80℃至260℃，以形成一第二熱處理板材，其中該淬火處理包含一急冷處理，且該急冷處理之一冷卻速度為至少150℃/秒；以及於室溫中對該第二熱處理板材進行一空冷處理。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該熱軋延步驟更包含於480℃至540℃下進行一預熱處理達至少二小時。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該熱軋延步驟係於300℃至540℃下進行。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該冷軋延步驟更包含對該捲料進行一冷卻處理，以使該捲料冷卻至室溫。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該冷軋延步驟之一冷軋量為40%至80%。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該退火處理係於450℃至580℃下進行達1至5分鐘。
7. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該空冷處理更包含盤捲該第二熱處理板材。
8. 如申請專利範圍第1項所述之鋁鎂合金板材的製造方法，其中該成型步驟為一澆鑄成型步驟。
9. 一種鋁鎂合金板材，其係利用申請專利範 圍第1項至第8項中任一項的鋁鎂合金板材的製造方法所製得，其中該鋁鎂合金板材具有不小於128MPa之一降伏強度以及不小於26%之一伸長率。