鋁鎂合金及其板材的製備方法
2023-06-12 14:44:06 1
鋁鎂合金及其板材的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁鎂合金及其板材的製備方法，涉及合金材料【技術領域】，它包括以下質量百分比的化學成分：鐵<0.3%，矽<0.2%，銅<0.1%，錳0.3%～0.6%，鎂4.7～5.5%，鋅≤0.1%，鈦<0.1%，鋯0.05～0.15%，鑭系元素<0.05%，鈉≤0.0005％，鈹0.0005%～0.003％，其餘單個雜質≤0.05％，其餘雜質合計≤0.15％，餘量為鋁；配料後，熔鑄成鑄錠；對鑄錠鋸切、銑面；加熱鑄錠溫度為450～470℃，時間為12～24小時；對鑄錠進行熱粗軋和熱精軋，終軋溫度為330～350℃；將板材捲曲後，自然冷卻。本發明的鋁鎂合金具有強度高、延伸率高、熱穩定性好的特點。
【專利說明】鋁鎂合金及其板材的製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金材料【技術領域】，尤其是一種用於製造交通工具的鋁鎂合金及其板 材的製備方法。
【背景技術】
[0002] 以鎂為主要合金元素的5XXX系鋁合金具有質量輕、耐蝕好、易成型、中等強度的 特徵，廣泛應用於汽車板、油罐車、運煤車、船舶等交通工具製造，用鋁合金製造交通工具可 明顯減輕自重、提高運載能力、減少能源消耗。隨著社會的發展，人們要求交通工具具備更 高的使用性能與可靠性，這對某些部件用材料的力學性能、成型性能、熱穩定性等綜合性能 也提出了更高的要求。以汽車、罐車上的某些部件製造用鋁合金為例，要求材料性能滿足抗 拉強度〇 b=280?350Mpa、屈服強度σ。2彡125 Mpa、伸長率δ彡26%，同時材料噴漆烘 烤後強度不發生明顯下降。這就要求材料在較高強度的情況下保存很高的延伸率，以提高 材料的成型性能，同時要求材料具有很高的耐熱性能，以使製備出的交通工具具有更高的 安全性能。
[0003] 按目前5ΧΧΧ鋁合金常規的成分配比與生產工藝控制生產出來的產品或是滿足強 度指標不能滿足延伸率指標，或是滿足延伸率不能滿足烘烤前後的強度，很難對這類高性 能合金進行穩定生產，因此，為生產出高品質Al-Mg合金，有必要進行新的合金成分研究與 與工藝設計。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種鋁鎂合金及其板材的製備方法，這種合金及製備方法可 以解決現有技術生產出來的鋁鎂合金穩定性差，難以同時滿足較高的強度和延伸率的指標 要求的問題。
[0005] 為了解決上述問題，本發明採用的技術方案是： 這種鋁鎂合金由下列質量百分比的化學成分製成：鐵〈0. 3%，矽〈0. 2%，銅〈0. 1%，錳 0· 3% ?0· 6%，鎂 4. 7 ?5. 5%，鋅彡 0· 1%，鈦〈0· 1%，鋯 0· 05 ?0· 15%，鑭系元素〈0· 05%，鈉 彡0. 0005%，鈹0. 0005%?0. 003%，其餘單個雜質彡0. 05%，其餘雜質合計彡0. 15%，餘 量為錯；其中鑭系元素為鑭、鋪、鐠、鉺中的一種或多種元素。
[0006] 採用上述化學成分製備鋁鎂合金板材的步驟是： Α、按上述化學成分及質量百分比要求配料後，熔鑄成鑄錠； Β、對鑄錠進行鋸切、銑面，使表面平整無裂紋； C、 加熱步驟B所得的鑄錠，控制加熱溫度為450°C?470°C，加熱時間為12小時?24 小時； D、 對加熱後的鑄錠進行熱粗軋，再進行熱精軋，熱精軋的終軋溫度為330°C?350°C ; E、 將步驟D所得的板材捲曲後，自然冷卻。
[0007] 上述技術方案中，更具體的技術方案還可以是：步驟A中熔鑄成鑄錠的工藝步驟 包括：熔煉、轉爐、覆蓋、靜置、除氣、鑄造，其中，合金熔煉溫度為730°C?760°C，轉爐溫度 為730°C?740°C，靜置溫度為720°C?740°C，除氣後的氫含量彡0. 25毫升/100克鋁，鑄 造溫度為675°C?685°C，鑄造速度為45毫米/分鐘?50毫米/分鐘，鑄造過程中的單塊 鑄錠冷卻水量為900升/分鐘?1250升/分鐘。
[0008] 進一步的，步驟B中，先鋸切鑄錠的兩端面，再對鑄錠的上下表面和側面進行銑 面，所述鑄錠兩端的鋸切量大於150毫米，上下表面的銑面量大於10毫米，側面的銑面量大 於6毫米。
[0009] 進一步的，步驟D中，熱粗軋的開軋溫度為440°C?470°C，終軋溫度為370°C? 430°C ;熱精軋的開軋溫度為360°C?420°C，精軋完成後的板材厚度為5毫米?9毫米。 [0010] 進一步的，在步驟E之後，對冷卻後的板材進行矯直，板材矯直後縱向不平度不大 於0.3%，橫向不平度不大於0.4%。其中，縱向不平度為厚度與單張板長度的比值，橫向不平 度為厚度與單張板寬度的比值。
[0011] 本發明中的鐵和矽為雜質元素，將它們的質量百分比分別控制在〇. 3%、0. 2%內， 以減小這些雜質元對延伸率的不利影響；鎂元素是主要合金元素，鎂含量設置為4. 7? 5. 5%，提高鎂含量的目的是提高其在基體中的固溶度以保證材料的強度要求。
[0012] 合金中錳、銅、鋅含量較少，主要是錳、銅加入合金內會形成MnAl6、CuMgAl 2、Al2Cu 相，對材料的延伸率產生不利影響，鋅加入合金內雖形成MgZn2、Al2Mg3Zn 2等化合物提高材 料的耐蝕性能，但鋅如果控制不好容易產生鋅花，因此將鋅含量控制在0. 1%以內。
[0013] 合金中加入了少量鈦、鋯，其目的是在熔體中形成異質形核粒子，以細化晶粒，此 外鋯還可與鋁形成Al 3Zr粒子彌散在基體中，起到強化作用。
[0014] 合金中加入了鑭系稀土 (鑭、鈰、鐠、鉺)，鑭系稀土與氫有較大的親和力，能大量吸 附和溶解氫，並形成穩定的化合物，不會聚集成氣泡，使鋁的含氫量和孔隙率明顯降低；鑭 系稀土與氮生成難熔化合物，在熔煉過程中大部分以渣的形式排除，從而達到淨化鋁液的 目的。鑭系稀土原子性質比較活潑，熔於鋁液中極易填補合金相的表面缺陷，使得新舊兩相 界面上的表面張力降低，提高了晶核的生長速度；同時還能在晶粒與熔融液之間形成表面 活性膜，阻止生成的晶粒長大，細化合金組織。複合添加時容易形成稀土鋁之間的複合相， 複合相與基體的錯配度更低，增大了非均勻形核效率，加入少量稀土就能很好的細化合金 鑄態晶粒組織，可減少生廣成本。
[0015] 鑭系稀土與鋯都會與鋁形成細小彌散相，這些彌散相對晶界、亞晶界、位錯起釘扎 作用，使其遷移與運動變得更加困難，因此會提高材料的再結晶溫度與熱穩定性。
[0016] 通過上述成分設計使合金從成分上保證了生產出的板材具有良好的強度、延伸 率、熱穩定性。
[0017] 本發明採用450?470°C /12?24h對鑄錠進行加熱，一方面是為了消除鑄錠在凝 固過程中因冷卻較快造成的成分偏析，另一方面是為後續熱連軋提供溫度基礎，本發明中 溫度相對降低，這主要是合金中鎂含量較高，避免溫度過高產生組織過燒。
[0018] 熱精軋的終軋溫度控制為330?350°C，本發明中對熱精軋後的板材卷取後讓其 自然冷卻以實現自退火，不再進行成品退火，因此終軋溫度將直接決定成品的力學性能。本 發明中因加入了鋯、鑭系稀土等元素，提高了材料的再結晶溫度，若溫度過低，材料不能實 現再結晶，因而加工硬化不能消除，延伸率會下降，若溫度過高，要求開軋溫度較高，要求提 高鑄錠加熱溫度，會造成鑄錠組織過燒，溫度過高還可能造成材料強度不夠。
[0019] 由於採用了上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下有益效果：通過調控 對成分與工藝參數的控制，生產出了高綜合性能的Al-Mg合金，材料性能滿足：抗拉強度 〇 b=280?350Mpa、屈服強度σα2>125 Mpa、伸長率δ彡26%，烘烤後性能穩定，生產出 的材料具有強度高、延伸率高、熱穩定性好的特點。
【具體實施方式】
[0020] 下面通過具體實施例與對比例對本發明的技術方案作進一步具體的說明，但是本 發明並不限於這些實施例。
[0021] 實施例一： 本實施例的鋁鎂合金的化學成分以及質量百分比為：鐵〇. 28%，矽0. 18%，銅0. 03%，錳 0· 4%，鎂5. 4%，鋅0· 04%，鈦0· 08%，鋯0· 1%，鑭0· 04%，鈉彡 0· 0005%，鈹0· 0005%?0· 003%， 其餘單個雜質< 0. 05 %，其餘雜質合計< 0. 15%，餘量為鋁。
[0022] 鋁鎂合金板材的製備方法的步驟為： Α、按上述化學成分及質量百分比要求配料後，熔鑄成鑄錠，熔鑄的工藝步驟包括： 熔煉、轉爐、覆蓋、靜置、除氣、鑄造，其中，合金熔煉溫度為740°C?750°C，轉爐溫度為 730°C?740°C，靜置溫度為720°C?730°C，除氣後的氫含量彡0. 25毫升/100克鋁，鑄造溫 度為678°C?682°C，鑄造速度為48毫米/分鐘，鑄造過程中的單塊鑄錠冷卻水量為1000 升/分鐘?1100升/分鐘； B、 對鑄錠進行鋸切、銑面，先鋸切鑄錠的兩端面，再對鑄錠的上下表面和側面進行銑 面，使表面平整無裂紋，其中，鑄錠兩端的鋸切量為210毫米，上下表面的銑面量為12毫米， 側面的糹先面量為8暈米； C、 加熱步驟B所得的鑄錠，控制加熱溫度為460°C，加熱時間為20小時； D、 將加熱後的鑄錠經多道次熱粗軋，熱熱粗軋的開軋溫度為455 °C，終軋溫度為 372°C ;再將該板材通過連續精軋機組進行熱精軋，熱精軋的開軋溫度為365°C，終軋溫度為 338°C，精軋完成後的板材厚度為7毫米； E、 將步驟D精軋所得的板材捲曲，讓其自然冷卻後，即得所需性能的鋁鎂合金產品，冷 卻過程中避免強風對吹； 後續的工序可在步驟E之後，對冷卻後的板材進行矯直，板材矯直後縱向不平度為 0. 18%，橫向不平度為0. 26%，矯直後按成品要求進行裁剪。
[0023] 為了測試所得的鋁鎂合金產品的性能，從矯直後的材料中截取檢測試樣，一部分 直接進行力學性能檢測，一部分烘烤3次，每次烘烤的溫度為210°C，時間為10分鐘，烘烤 後再進行力學性能檢測。檢測結果如表一所示，從檢測結果可知本發明的產品強度高、延伸 率高，烘烤後力學性能下降很小，都達到交通烘烤前後力學性能變化很小，說明其熱穩定性 好，同時產品的力學性能都達到製造某些特殊部件的性能指標。
[0024] 表一
【權利要求】
1. 一種鋁鎂合金，其特徵在於由下列質量百分比的化學成分製成：鐵〈〇. 3%，矽〈0. 2%， 銅〈0? 1%，錳 0? 3% ?0? 6%，鎂 4. 7 ?5. 5%，鋅彡 0? 1%，鈦〈0? 1%，鋯 0? 05 ?0? 15%，鑭系元 素〈0. 05%，鈉< 0. 0005 %，鈹0. 0005%?0. 003 %，其餘單個雜質< 0. 05 %，其餘雜質合計 < 0. 15%，餘量為鋁；其中鑭系元素為鑭、鈰、鐠、鉺中的一種或多種元素。
2. -種鋁鎂合金板材的製備方法，其特徵在於： 採用以下質量百分比的化學成分： 鐵〈0? 3%，矽〈0? 2%，銅〈0? 1%，錳 0? 3% ?0? 6%，鎂 4. 7 ?5. 5%，鋅彡 0? 1%，鈦〈0? 1%， 鋯0. 05?0. 15%，鑭系元素〈0. 05%，鈉彡0. 0005%，鈹0. 0005%?0. 003%，其餘單個雜質 < 0. 05%，其餘雜質合計< 0. 15%，餘量為鋁；其中鑭系元素為鑭、鈰、鐠、鉺中的一種或多 種元素； 其製備按以下步驟進行： A、 按上述化學成分及質量百分比要求配料後，熔鑄成鑄錠； B、 對鑄錠進行鋸切、銑面，使表面平整無裂紋； C、 加熱步驟B所得的鑄錠，控制加熱溫度為450°C?470°C，加熱時間為12小時?24 小時； D、 對加熱後的鑄錠進行熱粗軋，再進行熱精軋，熱精軋的終軋溫度為330°C?350°C ; E、 將步驟D所得的板材捲曲後，自然冷卻。
3. 根據權利要求2所述的鋁鎂合金板材的製備方法，其特徵在於：步驟A中熔鑄成 鑄錠的工藝步驟包括：熔煉、轉爐、覆蓋、靜置、除氣、鑄造，其中，合金熔煉溫度為730°C? 760°C，轉爐溫度為730°C?740°C，靜置溫度為720°C?740°C，除氣後的氫含量彡0. 25毫 升/100克鋁，鑄造溫度為675°C?685°C，鑄造速度為45毫米/分鐘?50毫米/分鐘，鑄 造過程中的單塊鑄錠冷卻水量為900升/分鐘?1250升/分鐘。
4. 根據權利要求2所述的鋁鎂合金板材的製備方法，其特徵在於：步驟B中，先鋸切鑄 錠的兩端面，再對鑄錠的上下表面和側面進行銑面，所述鑄錠兩端的鋸切量大於150毫米， 上下表面的銑面量大於10毫米，側面的銑面量大於6毫米。
5. 根據權利要求2至4任一項權利要求所述的鋁鎂合金板材的製備方法，其特徵在於： 步驟D中，熱粗軋的開軋溫度為440°C?470°C，終軋溫度為370°C?430°C ;熱精軋的開軋 溫度為360°C?420°C，精軋完成後的板材厚度為5毫米?9毫米。
6. 根據權利要求5所述的鋁鎂合金板材的製備方法，其特徵在於：在步驟E之後，對冷 卻後的板材進行矯直，板材矯直後縱向不平度不大於〇. 3%，橫向不平度不大於0. 4%。
【文檔編號】B21B1/22GK104313414SQ201410619019
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】鄧運來, 劉栩, 李嚴法, 戴青松, 李江宇, 蒙春標, 付平, 張佳琪 申請人:廣西柳州銀海鋁業股份有限公司