CN109797325B - 一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法 - Google Patents
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Abstract
一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，现将将纯铝、纯铜及中间合金放入电阻炉中并通入Ar气除去空气，升温熔炼，待其熔解为液态后，再加入纯锌及纯镁，待全部熔融后通过搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后浇铸于预热的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后水淬；然后将合金铸锭置于空气炉内保温进行时效处理，取出后水淬火至室温；再将时效处理后的合金铸锭加热，再实施热轧，重复轧制板材；对热轧板材实施固溶处理，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理；本发明显著提高了铝合金的强度和塑性，且无需大量重复每道工序，也无需在铸造过程中添加分散剂，省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法。
背景技术
铝合金具有较高的比强度、优异的抗腐蚀与良好的延展性，且回收率高、加工成型容易、成本低。随着全球环保意识的增强，大量科研人员通过研发高强度轻量化的结构件材料来减轻设备的重量。因此铝合金被广泛应用在民生工业、交通运输、船舶、建筑、航空及国防等工业上。
Al-Zn-Mg-Cu系铸造铝合金是一种在Al-Zn-Mg系铝合金的基础上发展起来的综合力学性能更加优越的超硬铝，它的各方面的性能研究都是以Al-Zn-Mg系合金作为基础进行的。自从1939年该系列铝合金问世以来，许多国家都对其进行了大量的研究，如今已经开发出了几十个牌号。
商业应用上经常会在Al-Zn-Mg-Cu系铸造铝合金内添加可形成弥散相的过渡金属元素(例如：Cr、Mn、Zr、Sc)，以期避免合金在热加工及高温热处理时发生晶粒过度成长，起到细化晶粒作用。也有科研人员利用大塑性变形方法(例如：等通道转角挤压、高压扭转、累积叠轧接合、反复折皱-压直法)来细化晶粒提高合金的强度和塑性。
上述现有技术存在以下缺点：单一的通过添加弥散相或者大塑性变形来细化晶粒铸造铝合金晶粒，细化程度不够理想，强度和塑性提高有限；大塑性变形工艺需要重复的实施单一工序，费时费力，效率低；传统铸造工艺中为了使合金晶粒细化，需要加入晶粒分散剂，且添加量不好掌握，工艺复杂。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，显著提高了铝合金的强度和塑性，且无需大量重复每道工序，也无需在铸造过程中添加分散剂，省时省力。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，包括以下步骤：
1)将纯铝、纯铜及中间合金放入电阻炉中并通入Ar气8～15min除去空气，升温至850～950℃进行熔炼，待其熔解为液态后，再加入纯锌及纯镁，待全部熔融后通过搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后浇铸于预热180～250℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后5～10秒水淬；
2)时效处理：首先将合金铸锭置于300～400℃的空气炉内保温11～13h，再将温度调高至400～500℃保温11～12h，取出后水淬火至室温；
3)将时效处理后的合金铸锭在480～510℃下加热14～18分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.4～0.6mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，重复轧制板材，总下压率为50～70％；
4)对热轧板材实施固溶处理，条件为470～495℃/1～1.5h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/(20～30)h。
所述的纯锌、纯镁、纯铜、中间合金和纯铝质量比为62:22:21:(15～214):(681～880)。
所述的中间合金为Al-15wt.％Zr、Al-2wt.％Sc、Al-5.6wt.％Mn或三者的组合。
所述的纯铝纯度为99.99％，纯锌的纯度为99.99％，纯铜的纯度为99.9％，纯镁的纯度为99.9％。
本发明的有益效果为：
本发明通过添加弥散相的过渡金属，结合时效处理、轧制工艺和T6热处理，得到了合金细化的显微组织，显著提高了合金的强度和塑性，且无需大量重复每道工序，省时省力。
附图说明
图1为实施例1所制备合金的显微组织。
图2为实施例2所制备合金的显微组织。
图3为实施例2制备合金SEM形貌图。
图4为图3中圆圈中合金成分EDX分析。
图5为实施例3所制备合金的显微组织。
图6为实施例4所制备合金的显微组织。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
实施例1，一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，包括以下步骤：
1)将纯铝、纯铜及中间合金Al-5.6wt.％Mn放入电阻炉熔炼并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金Al-5.6wt.％Mn和纯铝质量比例为62:22:21:78:817，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99％，纯锌的纯度为99.99％，纯铜的纯度为99.9％，纯镁的纯度为99.9％，
2)时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12h，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3)将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60％；
4)对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
参照图1，图1为实施例1所制备合金的显微组织，制备的合金晶粒仍呈现长条形形状，本实施例制备的合金晶粒平均尺寸为18μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为560MPa、588MPa和23％，与相似成分的传统合金相比力学性能提高很大，相似成分的传统合金为7050铝合金，其晶粒平均尺寸为100μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为509MPa、550MPa和22％。
实施例2，一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，包括以下步骤：
1)将纯铝、纯铜以及中间合金Al-2wt.％Sc放入电阻炉中并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金Al-2wt.％Sc和纯铝质量比例为62:22:21:115:780，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后约8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99％，纯锌的纯度为99.99％，纯铜的纯度为99.9％，纯镁的纯度为99.9％；
2)时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3)将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60％；
4)对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
参照图2，图2为实施例2所制备合金的显微组织，制备的合金晶粒仍呈现长条形形状，本实施例制备的合金SEM形貌如图3所示，图3中圆圈内合金成分EDX分析如图4所示，合金晶粒平均尺寸为16μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为551MPa、582MPa和28％，与相似成分的传统合金相比力学性能提高很大，相似成分的传统合金为7050铝合金，其晶粒平均尺寸为100μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为509MPa、550MPa和22％。
实施例3，一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，包括以下步骤：
1)将纯铝、纯铜以及中间合金Al-15wt.％Zr放入电阻炉中并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金Al-15wt.％Zr和纯铝质量比为62:22:21:15:880，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后约8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99％，纯锌的纯度为99.99％，纯铜的纯度为99.9％，纯镁的纯度为99.9％；
2)时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3)将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60％；
4)对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
参照图5，图5为实施例3所制备合金的显微组织，制备的合金由于回复作用，无细长晶粒且晶粒为细小等轴状；本实施例制备的合金晶粒平均尺寸为40μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为548MPa、589MPa和20％，与相似成分的传统合金相比力学性能提高很大，相似成分的传统合金为7050铝合金，其晶粒平均尺寸为100μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为509MPa、550MPa和22％。
实施例4，一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，包括以下步骤：
1)将纯铝、纯铜以及中间合金放入电阻炉中并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金及纯铝质量比为62:22:21:214:681，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后约8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99％，纯锌的纯度为99.99％，纯铜的纯度为99.9％，纯镁的纯度为99.9％，中间合金为Al-15wt.％Zr、Al-2wt.％Sc和Al-5.6wt.％Mn的混合物，三者质量比为39:8:60；
2)时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3)将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60％；
4)对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
参照图6，图6为实施例4所制备合金的显微组织，制备的合金由于回复作用，无细长晶粒且晶粒为细小等轴状；本实施例制备的合金晶粒平均尺寸为6μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为613MPa、619MPa和18％，与相似成分的传统合金相比力学性能提高很大，相似成分的传统合金为7050铝合金，其晶粒平均尺寸为100μm，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为509MPa、550MPa和22％。
实施例5，实施例5与实施例1基本相同，区别在于步骤1)中熔炼温度为900℃，钢制模具预热250℃，铸锭收缩后5秒水淬，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金和纯铝质量比例为62:22:21:88:807；步骤2)中在400℃保温13h，再将温度调高到450℃保温11h；步骤3)中热处理后的铸锭在480℃下加热18分钟，总下压率50％；步骤4)中时效处理条件为120℃/20h。
实施例6，实施例6与实施例2基本相同，区别在于步骤1)中熔炼温度为900℃，钢制模具预热250℃，铸锭收缩后5秒水淬，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金和纯铝质量比例为62:22:21:110:785；步骤2)中在400℃保温13h，再将温度调高到450℃保温11h；步骤3)中热处理后的铸锭在480℃下加热18分钟，总下压率50％；步骤4)中时效处理条件为120℃/20h。
实施例7，实施例7与实施例3基本相同，区别在于步骤1)中熔炼温度为900℃，钢制模具预热250℃，铸锭收缩后5秒水淬，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金和纯铝质量比例为62:22:21:20:875；步骤2)中在400℃保温13h，再将温度调高到450℃保温11h；步骤3)中热处理后的铸锭在480℃下加热18分钟，总下压率50％；步骤4)中时效处理条件为120℃/20h。
实施例8，实施例8与实施例4基本相同，区别在于步骤1)中熔炼温度为900℃，钢制模具预热250℃，铸锭收缩后5秒水淬，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金和纯铝质量比例为62:22:21:204:691；步骤2)中在400℃保温13h，再将温度调高到450℃保温11h；步骤3)中热处理后的铸锭在480℃下加热18分钟，总下压率50％；步骤4)中时效处理条件为120℃/20h。
Claims (6)
1.一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将纯铝、纯铜及中间合金放入电阻炉中并通入Ar气8~15min除去空气，升温至850~950℃进行熔炼，待其熔解为液态后，再加入纯锌及纯镁，待全部熔融后通过搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后浇铸于预热180~250℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后5~10秒水淬；
2）时效处理：首先将合金铸锭置于300~400℃的空气炉内保温11~13 h，再将温度调高至400~500℃保温11~12h，取出后水淬火至室温；
3）将时效处理后的合金铸锭在480~510℃下加热14~18分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.4~0.6mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，重复轧制板材，总下压率为50~70%；
4）对热轧板材实施固溶处理，条件为470~495℃/1~1.5 h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/(20~30)h；
所述的纯锌、纯镁、纯铜、中间合金和纯铝质量比为62:22:21:(15~214):(681~880)；
所述的中间合金为Al-15wt.%Zr、Al-2wt.%Sc、Al-5.6wt.%Mn或三者的组合。
2.根据权利要求1所述的一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，其特征在于：所述的纯铝纯度为99.99%，纯锌的纯度为99.99%，纯铜的纯度为99.9%，纯镁的纯度为99.9%。
3.根据权利要求1所述的一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将纯铝、纯铜及中间合金Al-5.6wt.%Mn放入电阻炉熔炼并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金Al-5.6wt.%Mn和纯铝质量比例为62:22:21:78:817，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99%，纯锌的纯度为99.99%，纯铜的纯度为99.9%，纯镁的纯度为99.9%，
2）时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12 h，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3）将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60%；
4）对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1 h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
4.根据权利要求1所述的一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将纯铝、纯铜以及中间合金Al-2wt.%Sc放入电阻炉中并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金Al-2wt.%Sc和纯铝质量比例为62:22:21:115:780，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99%，纯锌的纯度为99.99%，纯铜的纯度为99.9%，纯镁的纯度为99.9%；
2）时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3）将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60%；
4）对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1 h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
5.根据权利要求1所述的一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将纯铝、纯铜以及中间合金Al-15wt.%Zr放入电阻炉中并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金Al-15wt.%Zr和纯铝质量比为62:22:21:15:880，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99%，纯锌的纯度为99.99%，纯铜的纯度为99.9%，纯镁的纯度为99.9%；
2）时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3）将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60%；
4）对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1 h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
6.根据权利要求1所述的一种细晶铝合金熔炼轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将纯铝、纯铜以及中间合金放入电阻炉中并通入Ar气10min除去空气，升温至850℃，待其熔融为液态后，再加入纯锌及纯镁，纯锌、纯镁、纯铜、中间合金及纯铝质量比为62:22:21:214:681，然后，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后8秒水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出；
所述的纯铝纯度为99.99%，纯锌的纯度为99.99%，纯铜的纯度为99.9%，纯镁的纯度为99.9%，中间合金为Al-15wt.%Zr、Al-2wt.%Sc和Al-5.6wt.%Mn的混合物，三者质量比为39:8:60；
2）时效处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；
3）将时效处理后的合金铸锭在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为0.5mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制将板材，总下压率为60%；
4）对热轧板材实施固溶处理，条件为480℃/1 h，水淬至室温后，放置在油浴炉中进行时效热处理，时效处理条件为120℃/24小时。
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