一種製備高強耐蝕鋁鎂合金片的方法、其產品以及應用與流程
2023-10-10 20:09:09
本發明屬於金屬材料領域，更具體地，涉及一種製備高強耐蝕鋁鎂合金片的方法、其產品以及應用。
背景技術：
鋁鎂合金是一種在鋁合金中加入金屬鎂的合金，其具有較高的強度和剛度，質量輕，易於加工，易於回收，被廣泛地應用於航空航天、交通運輸、石油化工、軌道交通、消費電子等領域。
儘管如此，我國鋁鎂合金產品仍然很難滿足高端設備的製造，並且，我國高端設備的零部件多數是從國外進口，而這些進口的零部件則是以我國低價出口的鋁鎂合金產品作為初級原材料，經過高端技術處理製備而成的高附加值產品。
因此，研究開發高性能的鋁鎂合金產品成為亟待解決的問題。尤其是，同時具有高強度和耐腐蝕性能的鋁鎂合金更是亟待需要開發的產品。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種製備高強耐蝕鋁鎂合金片的方法、其產品以及應用，其目的在於，通過對特定成分的鋁鎂合金綜合實施特定的壓延變形和冷處理，從而能獲得強度和耐腐蝕性能均較佳鋁鎂合金片，本發明的鋁鎂合金片可同時通過ASTM G66層剝腐蝕及ASTM G67腐蝕失重測試，且具有高達290～420MPa的抗拉強度，綜合性能優良。
為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種製備高強耐蝕鋁鎂合金片的方法，其包括如下步驟：
S1：對鋁鎂合金坯料實施20％～50％的冷軋延量，以形成鋁鎂合金薄板，
S2：對步驟S1獲得鋁鎂合金薄板執行冷處理，所述冷處理溫度為220℃～245℃，所述冷處理時間為2h～4h，
S3：在結束步驟S2的冷處理後，在3h內將所述鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，至此獲得高強耐蝕鋁鎂合金片，
所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg 3～5％，Mn 0.2～1.0％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質。
以上發明構思中方法可直接應用在Mg>3wt％以上的鋁鎂合金中，並且無需添加任何硬設備，僅應用冷卻處理後快速冷卻工藝，即可避開腐蝕相連續析出，生產質量優良的抗蝕鋁鎂合金片，該鋁鎂合金片可同時通過ASTM(美國材料測試協會)G66層剝腐蝕及ASTM G67腐蝕失重測試，且具有高強度性質，其強度高達290～420MPa。
進一步的，步驟S1中所述鋁鎂合金坯料製備工藝為，鋁鎂合金溶液→澆鑄→刨皮→預熱→熱軋延。
進一步的，所述鋁鎂合金坯料製備工藝中，在480℃以上預熱，預熱時間為0.5h～2h，熱軋延溫度為300℃～480℃。
以上發明構思中，限定該鋁鎂合金材料繫於480℃以上預熱後，再進行熱軋延，熱軋延溫度為300℃～480℃之間。該鋁鎂合金材料屬於高加工強化型鋁合金，較佳地，在300℃～480℃溫度範圍內進行熱軋延，過低的熱軋溫度將導致該鋁鎂合金材料於熱軋延過程中產生嚴重的邊裂現象。並且，對完成熱軋延後之該鋁鎂合金材料施予20％～50％裁減量的冷軋延步驟，該冷軋延步驟將鋁鎂合金薄板內部介入適當的冷加工差排(也可稱為位錯，英文名為Dislocation)，可使該鋁鎂合金薄板具有高強度性能。接著，將該鋁鎂合金薄板於220℃～235℃進行冷卻處理，冷卻處理時間為2小時～4小時。在溫度為220～235℃的冷卻處理步驟中，該鋁鎂合金薄板晶粒內的冷加工差排可增進腐蝕β相在晶粒內產生成核(Nucleation)與析出的機率，使腐蝕β相不易於晶界上連續析出，如此可大幅提升鋁鎂合金之抗蝕能力。
進一步的，步驟S3中，在3h內將所述鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，具體為，將所述鋁鎂合金薄板先執行爐冷，接著將所述鋁鎂合金薄板執行空冷，所述爐冷發生在冷卻處理爐中，所述空冷發生在空氣中。譬如，該鋁鎂合金薄板經冷卻處理後，在冷卻處理爐內完成冷處理後，隨即將該鋁鎂合金薄板移出冷卻處理爐外進行爐冷，接著，以空氣將冷卻處理後的鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，需要強調的是，該鋁鎂合金薄板在冷卻處理之後，須特別注意該鋁鎂合金薄板移出冷卻處理爐的時機與冷卻步驟，需使該鋁鎂合金薄板在3小時內冷卻至100℃以下，以促使鋁鎂合金薄板迅速通過β相析出的敏感溫度範圍，以避免晶界上出現β相的連續析出，如此，可形成本發明申請中具高強度與高耐腐蝕鋁的鎂合金片。研究表明，β相析出的敏感溫度範圍為100℃～220℃。
進一步的，步驟S3中獲得的高強耐蝕鋁鎂合金片厚度小於6mm。
進一步的，所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg 4.6％，Mn 0.2～1.0％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質。
按照本發明的另一方面，提供了一種如上方法獲得的鋁鎂合金片。
按照本發明的第三個方面，還提供如上所述鋁鎂合金片在電腦外殼、手機、汽車輪轂以及車架中的應用。
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
本發明中，針對一定成分的鋁鎂合金坯料，先執行熱軋工藝，給予20～50％的冷軋變形量，獲得厚度小於6mm的鋁鎂合金片，接著在200～245℃進行熱處理，然後在3h內將鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，並且鋁鎂合金坯料製備工藝中，在480℃以上預熱，預熱時間為0.5h～2h，熱軋延溫度為300℃～480℃，對於本發明申請限定成分的鋁鎂合金，在從熱軋至冷軋、以及後續的冷卻處理工藝的綜合作用下，可避免腐蝕β相在晶界析出，製備獲得兼顧強度和耐腐蝕性的鋁鎂合金薄片，其腐蝕性能為0.02～0.5mm/年，同時其強度為290～420MPa。
附圖說明
圖1是本發明實施例中製備獲得高強耐蝕鋁鎂合金片方法的流程示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
圖1是本發明實施例中製備獲得高強耐蝕鋁鎂合金片方法的流程示意圖，由圖可知，本發明方法主要包括如下步驟：
S1：對鋁鎂合金坯料實施20％～50％的冷軋延量，以形成鋁鎂合金薄板，該步驟中，所述鋁鎂合金坯料製備工藝為，鋁鎂合金溶液→澆鑄→刨皮→預熱→熱軋延，所述鋁鎂合金坯料製備工藝中，在480℃以上預熱，預熱時間為0.5h～2h，熱軋延溫度為300℃～480℃。
S2：對步驟S1獲得鋁鎂合金薄板執行冷處理，所述冷處理溫度為220℃～245℃，所述冷處理時間為2h～4h，
S3：在結束步驟S2的冷處理後，在3h內將所述鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，至此獲得高強耐蝕鋁鎂合金片。該步驟中，冷處理具體為，將所述鋁鎂合金薄板先執行爐冷，接著將所述鋁鎂合金薄板執行空冷，所述爐冷發生在冷卻處理爐中，所述空冷發生在空氣中。本發明方法適用於厚度小於6mm的鋁鎂合金片，最終獲得的產品同時具有較好的耐腐蝕性和較高的強度。
所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg 3～5％，Mn 0.2～1.0％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質，更優選的，所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg 4.6％，Mn 0.2～1.0％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質。
本發明方法中，該鋁鎂合金材料繫於480℃以上預熱後，再進行熱軋延，熱軋延溫度為300℃～480℃之間。該鋁鎂合金材料屬於高加工強化型鋁合金，過低的熱軋溫度將導致該鋁鎂合金材料於熱軋延過程中產生嚴重的邊裂現象。並且，對完成熱軋延後之該鋁鎂合金材料施予20％～50％裁減量的冷軋延步驟，該冷軋延步驟將鋁鎂合金薄板內部介入適當位錯，通過位錯強化，能大幅度提高鋁鎂合金薄板的強度。接著，將該鋁鎂合金薄板於220℃～235℃進行冷卻處理，冷卻處理時間為2小時～4小時。在溫度為220～235℃的冷卻處理步驟中，該鋁鎂合金薄板晶粒內的位錯可增進腐蝕β相在晶粒內產生成核(Nucleation)與析出的機率，使得腐蝕β相能在位錯處較容易的形核和長大，避免了腐蝕β相不易於晶界上連續析出，從而也避免了腐蝕β相對晶界的腐蝕，能提高產品的耐腐蝕性能。
需要強調的是，該鋁鎂合金薄板在冷卻處理之後，須特別注意該鋁鎂合金薄板移出冷卻處理爐的時機與冷卻步驟，需使該鋁鎂合金薄板在3小時內冷卻至100℃以下，以促使鋁鎂合金薄板迅速通過β相析出的敏感溫度範圍，以避免晶界上出現β相的連續析出，但是該冷卻速度也不能過快，需要綜合考慮冷卻造成的熱應力和β相的連續析出問題，進行巧妙的平衡。
為了更好的闡述本發明方法，下面結合具體的實施例進一步說明。
實施例1：
S1：對鋁鎂合金坯料實施20％的冷軋延量，以形成鋁鎂合金薄板，該步驟中，所述鋁鎂合金坯料製備工藝為，鋁鎂合金溶液→澆鑄→刨皮→預熱→熱軋延，所述鋁鎂合金坯料製備工藝中，在480℃以上預熱，預熱時間為0.5h，熱軋延溫度為300℃～350℃。
S2：對步驟S1獲得鋁鎂合金薄板執行冷處理，所述冷處理溫度為220℃～225℃，所述冷處理時間為2h。
S3：在結束步驟S2的冷處理後，在3h內將所述鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，至此獲得高強耐蝕鋁鎂合金片。該步驟中，冷處理具體為，將所述鋁鎂合金薄板先執行爐冷，接著將所述鋁鎂合金薄板執行空冷，所述爐冷發生在冷卻處理爐中，所述空冷發生在空氣中。
所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg4.6％，Mn 0.5％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質。
本實施例中製備的鋁鎂合金薄片的厚度為0.5mm，按照ASTM G66層剝腐蝕及ASTM G67腐蝕失重測試，其腐蝕速率為0.02mm/year，其強度高達298MPa。
實施例2
S1：對鋁鎂合金坯料實施35％的冷軋延量，以形成鋁鎂合金薄板，該步驟中，所述鋁鎂合金坯料製備工藝為，鋁鎂合金溶液→澆鑄→刨皮→預熱→熱軋延，所述鋁鎂合金坯料製備工藝中，在480℃以上預熱，預熱時間為1.5h，熱軋延溫度為350℃～400℃。
S2：對步驟S1獲得鋁鎂合金薄板執行冷處理，所述冷處理溫度為225℃～235℃，所述冷處理時間為4h。
S3：在結束步驟S2的冷處理後，在3h內將所述鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，至此獲得高強耐蝕鋁鎂合金片。該步驟中，冷處理具體為，將所述鋁鎂合金薄板先執行爐冷，接著將所述鋁鎂合金薄板執行空冷，所述爐冷發生在冷卻處理爐中，所述空冷發生在空氣中。
所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg 3％，Mn 0.2％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質。
本實施例中製備的鋁鎂合金薄片的厚度為4mm，按照ASTM G66層剝腐蝕及ASTM G67腐蝕失重測試，其腐蝕速率為0.18mm/year，其強度高達386MPa。
實施例3
S1：對鋁鎂合金坯料實施50％的冷軋延量，以形成鋁鎂合金薄板，該步驟中，所述鋁鎂合金坯料製備工藝為，鋁鎂合金溶液→澆鑄→刨皮→預熱→熱軋延，所述鋁鎂合金坯料製備工藝中，在480℃以上預熱，預熱時間為2h,熱軋延溫度為400℃～480℃。
S2：對步驟S1獲得鋁鎂合金薄板執行冷處理，所述冷處理溫度為235℃～245℃，所述冷處理時間為3h。
S3：在結束步驟S2的冷處理後，在3h內將所述鋁鎂合金薄板冷卻至100℃以下，至此獲得高強耐蝕鋁鎂合金片。該步驟中，冷處理具體為，將所述鋁鎂合金薄板先執行爐冷，接著將所述鋁鎂合金薄板執行空冷，所述爐冷發生在冷卻處理爐中，所述空冷發生在空氣中。
所述鋁鎂合金包括的成分以及各個成分的質量百分含量分別為：Mg 5.0％，Mn 1.0％，Si≤0.4％，Fe≤0.4％，Ti≤0.15％，Cu≤0.10％，Cr≤0.25％，Zn≤0.25％，餘量為Al以及質量分數小於0.15％的不可避免的雜質。
本實施例中製備的鋁鎂合金薄片的厚度為5.5mm，按照ASTM G66層剝腐蝕及ASTM G67腐蝕失重測試，其腐蝕速率為0.49mm/year，其強度高達419MPa。
本發明之方法製備的鋁鎂合金可應用於如LC5-H6調質後的高強度與高抗蝕鋁鎂合金片中(厚度<6mm)。本發明方法製備的鋁合金可適用於、電腦外殼、手機、汽車輪轂、車架等。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。