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CN109317679B - 一种铝合金薄板材生产方法 - Google Patents

一种铝合金薄板材生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝合金板材的生产方法，包括将铝合金粉末压制成形、烧结、机加工、多道次冷轧、精整剪切和最终退火；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述多道次冷轧中，在总变形量达到50％以前每道次的压下率小于8％，总变形量大于50％以后每道次的压下率在10‑30％；所述多道次冷轧后铝合金板材的总变形量为50‑92％；任意一道次冷轧后辅以中间退火。本发明的铝合金板材的生产方法，可批量生产铝合金板材，与铸轧法生产的铝合金板材相比，成本低，带材显微组织大小均匀，无偏析，且强度高；与粉末直接轧制生产铝合金板材的方法比较，工艺简便，应用更灵活、经济，且板材致密性高，无孔洞等缺陷。

Description

一种铝合金薄板材生产方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金薄板材的生产方法，属于铝合金技术领域。
背景技术
铝合金板是一种工业建材，根据材质的不同用于各个行业，如航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等行业。
目前，铝合金板材是铝合金型材中较为主要的一种，也是工业用量最大的一种，其生产方法是通过铝合金或者直接冷铸成锭块，或者连续浇铸成厚带材，接着热轧成预定厚度的板材，再用一道单独的工序将板材冷轧至最终厚度后，进行热处理工艺。
然而，上述这种方法生产的铝合金板材有其本身的缺陷，如板材内部组织均匀性差，在浇铸过程中存在成分偏析、夹杂等缺陷，残余应力不均匀，加工成形性差，这使得应用过程中铝合金板材加工零件时容易变形，从而影响加工的零件的质量和精度。此外，浇铸法生产过程中材料的利用率较低，其生产工序较长，因而铝合金板材生产成本较高。
而本发明中所提供的铝合金板材生产方法可以消除上述方法所存在的缺陷。
即粉末烧结坯冷轧法，该方法是制取包括双金属在内的金属板、带材的一种方法，与粉末直接轧制方法比较，工艺简便，应用更灵活、经济，不会出现断带或者孔洞等影响生产效率和产品质量的缺陷，且带材质量高，强度、致密度高。而与铸轧法相比，粉末烧结坯轧制生产的铝合金板材不存在如成分偏析、夹杂等影响产品质量的缺陷，且轧制后板材的密度基本接近或等于铸态材料的密度，强度较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种铝合金薄板材生产方法，能够有效改善材料的组织均匀性，避免成分偏析、夹杂等缺陷，从而达到改善产品加工性能的目的。其工艺简便，应用更灵活、经济，能快速批量生产高质量铝合金薄板材。
在本发明的研发过程中，遇到最难以解决的问题为如何得到高成品率、高质量的产品。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案(如图1所示)，包括铝合金粉末压制成形、烧结、机加工、多道次冷轧、精整剪切和最终退火；所述多道次冷轧中，在总变形量达到50％以前每道次的压下率小于8％，总变形量大于50％以后每道次的压下率在10-30％；多道次冷轧的总变形量为50-92％；任意一道次冷轧后辅以中间退火。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，
所述的粉末压制成形采用单柱液压机或四柱液压机进行成形；
所述烧结采用真空热压炉进行；
所述的冷轧采用二辊或四辊轧机完成。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，
所述冷轧用的铝合金薄板材原料采用铝合金粉末压制成形制备成生坯，随后在真空热压炉中烧结制成烧结坯，最后采用线切割切割成正方形或长方形的厚板，从而得到冷轧用原料。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，铝合金粉末的粒度为10-100微米、优选为47-61微米。为了提高铝合金粉末的烧结特性，向原料粉中添加2％的镁元素。
在实验室中，所述中间退火、最终退火均在管式炉中进行。管式炉中通高纯氩气(99.999％)保护。在工业上应用时，所有的气氛炉均可以用于本发明。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，铝合金粉末压制成形的压力为200-400MPa；保压时间为8-15s。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，铝合金粉末压制成形所得压坯的厚度为2-10mm。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，压坯烧结温度为535-625℃、优选为575-625℃；压坯烧结压力为2-10MPa。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，所述机加工为：针对圆柱形钢模压制的坯料烧结后采用电弧划线切割机切掉其四个圆边，留下中间的正方形烧结坯作为轧制的原料。机加工后，得到正方形板坯(因为圆形坯在冷轧过程中因局部剪切力容易开裂)，其厚度为2-9mm。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，每道次冷轧后进行一次中间退火；当总变形量小于50％时，每道次后的中间退火温度为320-350℃；保温时间为90-120min，随后出炉空冷；当总变形量大于50％时，每道次后的中间退火制度为390～450℃，保温1～3h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，所述精整剪切是：针对圆柱形钢模压制的坯料烧结后采用电火花线切割机切掉其四个圆边，留下中间的正方形烧结坯作为待轧坯。机加工后，得到厚度为2-9mm正方形板坯(因为圆形坯在冷轧过程中因局部剪切力容易开裂)。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，所述最终退火的温度为390～450℃、优选为410-420℃；保温60～180min、优选为90-150min；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，所述的板材经轧制-退火后最终的成品厚度为0.5～4.0mm。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，当铝合金粉末为2A12铝合金粉末时，
以200-400MPa的压制压力压制成形得到厚度为2-10mm的压坯；然后在真空条件下，于535-625℃进行加压烧结90-150min；加压烧结后，开坯加工成厚度为2-9mm的待轧坯；对待轧坯进行大于6道次的冷轧，每道次轧制间辅以一次中间退火；最后一道次冷轧完成后，进行精整剪切和最终退火；得到产品；所述多道次冷轧过程中，在总变形量达到50％以前每道次的压下率小于8％，总变形量大于50％以后每道次的压下率在10-30％、且相邻两道次轧制的方向成θ角，所述θ角的取值为60-120°；所述中间退火的温度为：当单道次变形量小于8％时，每道次后的中间退火温度为320-350℃；保温时间为90-120min，随后出炉空冷；当单道次变形量在10-30％时，每道次后的中间退火制度为390～450℃，保温1～3h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；所述最终退火的温度为390～450℃，保温1～3h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；得到厚度为0.5～4.0mm的产品；所述产品的拉强度为300～410MPa、优选为350～410MPa、进一步优选为380～410MPa。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，所述2A12铝合金粉末的粒度为250～300目；铝合金粉末为水雾化法制备的近球形粉末。
本发明一种铝合金薄板材的生产方法，产品的成品率大于等于95％。
本发明通过在控制每一道次冷轧变形量以及其他条件的协同作用下，避免了冷轧过程中板材产生边裂，极大地提升了产品的成品率以及所得成品的质量。本发明的有益效果在于：本发明提供的一种铝合金薄板材的生产方法能够快速高效的生产高质量铝合金薄板材，其工艺简便，应用灵活、经济，原材料利用率高，设备要求低，工序少。此方法能够有效改善板材的组织均匀性，避免成分偏析、夹杂等缺陷，从而达到改善成品板材加工性能和力学性能的目的。通过本方法生产的0.5～4.0mm规格的2A12铝合金薄板材抗拉强度为300～410MPa。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释：
图1为本发明所设计的铝合金薄板材生产流程；
图2为本发明所设计的铝合金烧结坯冷轧方向示意图；
图3实施例1中烧结坯轧制前后宏观图；
图4实施例1中不同工序下板材的应力-应变曲线；
图5对比例1中不同轧制道次变形量下板材宏观图；
图6对比例2中单一轧制方向下板材宏观图；
图7对比例3中圆形烧结坯冷轧后的宏观图；
图8对比例4中不同烧结温度后轧板宏观图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
在本发明中，成品率的计算方式为；表面不存在裂纹的样品/样品总数*100％。
实施例1：
制备厚度为0.5mm的2A12铝合金板材；
按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2A12铝合金粉(水雾化法制备的近球形粉末)为原料粉末(其化学成分符合GB/T3190的规定)，其板材生产流程如图1所示，粉末通过钢模压制成形制备生坯(生坯的厚度为3mm)，将生坯在高真空精密真空热压炉中烧结制备冷轧板材原料(烧结温度575℃、时间为120min、压力为10MPa)，采用线切割将烧结坯切成正方体小板(厚度为2.5mm)，并对其表面进行清洗，将正方体小板在可逆式二辊冷轧机上进行轧制，单道次压下率控制在5％；道次之间进行中间退火，退火温度为330℃，保温2h；如图2所示，沿R1、R2方向交叉冷轧(R1、R2方向的夹角为90°)；待2A12铝合金板材轧制至0.5mm厚度后(总变形量80％)，对板材进行校直和精整剪切；最后对其进行最终退火，退火温度为420℃，保温2h，随后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷。所得薄板材抗拉强度为349.61MPa。
重复上述实验100次，成品率为99％。
实施例2：
制备厚度为1.0mm的2A12铝合金板材；
其制备过程与实施例1的过程一致，详见实施例1的薄板材生产过程(板材总变形量60％)。所得薄板材抗拉强度为311.59MPa。
重复上述实验100次，成品率为99％。通过实施例1和实施例2可以看出，轧制板材总的变形量大小影响其抗拉强度。
实施例3；
制备厚度为0.5mm的2A12铝合金板材；
按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2A12铝合金粉(水雾化法制备的近球形粉末)为原料粉末(其化学成分符合GB/T3190的规定)，其板材生产流程如图1所示，粉末通过钢模压制成形制备生坯(生坯的厚度为3mm)，将生坯在高真空精密真空热压炉中烧结制备冷轧带材原料(烧结温度535℃、时间为120min、压力为10MPa)，采用线切割将烧结坯切成正方体小板(厚度为2.5mm)，并对其表面进行清洗，将正方体小板在可逆式二辊冷轧机上进行轧制，单道次压下率控制在8％；道次之间进行中间退火，退火温度为330℃，保温2h；如图2所示，沿R1、R2方向交叉冷轧(R1、R2方向的夹角为60°)；待2A12铝合金板材轧制至0.5mm厚度后，对板材进行校直和精整剪切；最后对其进行最终退火，退火温度为420℃，保温2h，以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷。所得薄板材抗拉强度为313.11MPa。
重复上述实验100次，成品率为95％。通过实施例1和实施例3可以看出，压制生坯在烧结致密化过程中，烧结温度影响轧制板材的成品率。
实施例4
制备厚度为0.5mm的2A12铝合金板材；
按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2A12铝合金粉(水雾化法制备的近球形粉末)为原料粉末(其化学成分符合GB/T3190的规定)，其板材生产流程如图1所示，粉末通过钢模压制成形制备生坯(生坯的厚度为3mm)，将生坯在高真空精密真空热压炉中烧结制备冷轧带材原料(烧结温度575℃、时间为120min、压力为5MPa)，采用线切割将烧结坯切成正方体小板(厚度为2.5mm)，并对其表面进行清洗，将正方体小板在可逆式二辊冷轧机上进行轧制，单道次压下率控制在8％；道次之间进行中间退火，退火温度为330℃，保温2h；如图2所示，沿R1、R2方向交叉冷轧(R1、R2方向的夹角为60°)；待2A12铝合金板材轧制至0.5mm厚度后，对板材进行校直和精整剪切；最后对其进行最终退火，退火温度为420℃，保温2h，以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷。所得薄板材抗拉强度为347.45MPa。
重复上述实验100次，成品率为95％。通过实施例1和实施例4可以看出，道次下压量和交叉轧制的角度配合，可以提高产品的成品率。
实施例5
其他条件和实施例4一致，不同之处在于：
中间退火的温度为350℃、时间为2h；最终退火的制度为450℃、时间为60min；所得薄板材抗拉强度为394.5MPa。
重复上述实验100次，成品率为96％。通过实施例4和实施例5可以看出，退火制度会影响产品的强度。
实施例6：
例如：制备厚度为1.5mm的1050铝合金板材；
其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于中间退火与最终退火制度不同。中间退火的温度为370℃、时间为2h；最终退火的制度为430℃、时间为90min；所得薄板材抗拉强度为121.4MPa。
重复上述实验100次，成品率为96％。
对比例1
其他条件参数和实施例1一致，不同之处在于轧制道次变形量为15％；如图5所示，由于单道次变形量大导致产品边部开裂，所得产品的成品率仅为40％。且产品的抗拉强度仅为212.54MPa。
对比例2
其他条件参数和实施例1一致，不同之处在于道次轧制变形量为8％，但未采用交替轧制(即R1、R2方向的夹角为0°)；如图6所示，板材被轧制成长带状，并且由于单一方向的延长导致板材出现弯曲和扭曲，同时出现边裂现象。所得产品的成品率仅为75％。且产品的抗拉强度仅为298.7MPa。
对比例3
其他条件参数和实施例1一致，不同之处在于待轧坯为圆形，如图7所示，轧制道次变形量相同的情况下，当采用圆形烧结坯进行轧制时，样品容易开裂；所得产品的成品率仅为45％。且产品的抗拉强度仅为195.54MPa。
对比例4
其他条件参数和实施例1一致，不同之处在于生坯在高真空精密真空热压炉中烧结温度为525℃、时间为120min、压力为10MPa)；如图8所示，板材出现边裂现象，所得产品的成品率仅为65％。且产品的抗拉强度仅为278.8MPa。

Claims (10)

1.一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于包括下述步骤；将铝合金粉末压制成形、烧结、机加工、多道次冷轧、精整剪切和最终退火；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述多道次冷轧中，在总变形量达到50％以前每道次的压下率小于8％；多道次冷轧后铝合金板材的总变形量为50-92％；任意一道次冷轧后辅以中间退火。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；
所述的粉末压制成形采用单柱液压机或四柱液压机进行成形；
所述烧结采用真空热压炉进行；
所述的冷轧采用二辊或四辊轧机完成。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；
铝合金粉末的粒度为10-100微米。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；
铝合金粉末压制成形的压力为200-400MPa；保压时间为8-15s；
铝合金粉末压制成形所得压坯的厚度为2-10mm。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；压坯烧结温度为535-625℃；压坯烧结压力为2-10MPa。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；
所述机加工为：针对圆柱形钢模压制的坯料烧结后采用电火花线切割机切掉其四个圆边，留下中间的正方形烧结坯作为轧制的原料；机加工后，得到厚度为2-9mm正方形板坯。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；
轧制前先对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为390-450℃；保温时间为60-180min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；
每道次冷轧后进行中间退火；其中，当总变形量小于50％时，每道次后的退火温度为320-350℃；保温时间为90-120min，随后出炉空冷；当总变形量大于50％时，每道次后的退火制度与坯料退火制度一致；
最终退火的温度为390～450℃；保温时间为60-180min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；
所述的板材经轧制-退火后最终的成品厚度为0.5～4.0mm。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；当铝合金粉末为添加2％镁元素的2A12铝合金粉末时，
以200-400MPa的压制压力压制成形得到厚度为2-10mm的压坯；然后在真空条件下，于535-625℃进行加压烧结90-150min；加压烧结后，开坯加工成厚度为2-9mm的待轧坯；对待轧坯进行大于6道次的冷轧，每道次轧制间辅以一次中间退火；最后一道次冷轧完成后，进行精整剪切和最终退火；得到产品；在总变形量达到50％以前每道次的压下率小于8％，总变形量大于50％以后每道次的压下率在10-30％、且相邻两道次轧制的方向成θ角，所述θ角的取值为60-120°；所述中间退火的温度为：当总变形量小于50％时，每道次后的中间退火温度为320-350℃；保温时间为90-120min，随后出炉空冷；当总变形量大于50％时，每道次后的中间退火制度为390～450℃，保温1～3h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；所述最终退火的温度为390～450℃，保温1～3h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；得到厚度为0.5～4.0mm的产品；所述产品的拉强度为300～410MPa。
9.根据权利要求8所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；所述2A12铝合金粉末的粒度为250～325目；粉末颗粒为水雾化法制备的近球形粉末。
10.根据权利要求8所述的一种铝合金薄板材的生产方法，其特征在于；产品的成品率大于等于95％。
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