鋁鎂合金及其板材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁鎂合金及其板材的制備方法，涉及合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】，它包括以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：鐵<0.3%，硅<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％，其余單個(gè)雜質(zhì)≤0.05％，其余雜質(zhì)合計(jì)≤0.15％，余量為鋁；配料后，熔鑄成鑄錠；對(duì)鑄錠鋸切、銑面；加熱鑄錠溫度為450～470℃，時(shí)間為12～24小時(shí)；對(duì)鑄錠進(jìn)行熱粗軋和熱精軋，終軋溫度為330～350℃；將板材卷曲后，自然冷卻。本發(fā)明的鋁鎂合金具有強(qiáng)度高、延伸率高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
【專利說明】鋁鎂合金及其板材的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種用于制造交通工具的鋁鎂合金及其板 材的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 以鎂為主要合金元素的5XXX系鋁合金具有質(zhì)量輕、耐蝕好、易成型、中等強(qiáng)度的 特征，廣泛應(yīng)用于汽車板、油罐車、運(yùn)煤車、船舶等交通工具制造，用鋁合金制造交通工具可 明顯減輕自重、提高運(yùn)載能力、減少能源消耗。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們要求交通工具具備更 高的使用性能與可靠性，這對(duì)某些部件用材料的力學(xué)性能、成型性能、熱穩(wěn)定性等綜合性能 也提出了更高的要求。以汽車、罐車上的某些部件制造用鋁合金為例，要求材料性能滿足抗 拉強(qiáng)度〇 b=280?350Mpa、屈服強(qiáng)度σ。2彡125 Mpa、伸長(zhǎng)率δ彡26%，同時(shí)材料噴漆烘 烤后強(qiáng)度不發(fā)生明顯下降。這就要求材料在較高強(qiáng)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(shí)要求材料具有很高的耐熱性能，以使制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(guī)的成分配比與生產(chǎn)工藝控制生產(chǎn)出來的產(chǎn)品或是滿足強(qiáng) 度指標(biāo)不能滿足延伸率指標(biāo)，或是滿足延伸率不能滿足烘烤前后的強(qiáng)度，很難對(duì)這類高性 能合金進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn)，因此，為生產(chǎn)出高品質(zhì)Al-Mg合金，有必要進(jìn)行新的合金成分研究與 與工藝設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種鋁鎂合金及其板材的制備方法，這種合金及制備方法可 以解決現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出來的鋁鎂合金穩(wěn)定性差，難以同時(shí)滿足較高的強(qiáng)度和延伸率的指標(biāo) 要求的問題。
[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 這種鋁鎂合金由下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分制成：鐵〈0. 3%，硅〈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%，其余單個(gè)雜質(zhì)彡0. 05%，其余雜質(zhì)合計(jì)彡0. 15%，余 量為錯(cuò)；其中鑭系元素為鑭、鋪、鐠、鉺中的一種或多種元素。
[0006] 采用上述化學(xué)成分制備鋁鎂合金板材的步驟是： Α、按上述化學(xué)成分及質(zhì)量百分比要求配料后，熔鑄成鑄錠； Β、對(duì)鑄錠進(jìn)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(shí)間為12小時(shí)?24 小時(shí)； D、 對(duì)加熱后的鑄錠進(jìn)行熱粗軋，再進(jìn)行熱精軋，熱精軋的終軋溫度為330°C?350°C ; E、 將步驟D所得的板材卷曲后，自然冷卻。
[0007] 上述技術(shù)方案中，更具體的技術(shù)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(zhuǎn)爐、覆蓋、靜置、除氣、鑄造，其中，合金熔煉溫度為730°C?760°C，轉(zhuǎn)爐溫度 為730°C?740°C，靜置溫度為720°C?740°C，除氣后的氫含量彡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(jìn)一步的，步驟B中，先鋸切鑄錠的兩端面，再對(duì)鑄錠的上下表面和側(cè)面進(jìn)行銑 面，所述鑄錠兩端的鋸切量大于150毫米，上下表面的銑面量大于10毫米，側(cè)面的銑面量大 于6毫米。
[0009] 進(jìn)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，精軋完成后的板材厚度為5毫米?9毫米。 [0010] 進(jìn)一步的，在步驟E之后，對(duì)冷卻后的板材進(jìn)行矯直，板材矯直后縱向不平度不大 于0.3%，橫向不平度不大于0.4%。其中，縱向不平度為厚度與單張板長(zhǎng)度的比值，橫向不平 度為厚度與單張板寬度的比值。
[0011] 本發(fā)明中的鐵和硅為雜質(zhì)元素，將它們的質(zhì)量百分比分別控制在〇. 3%、0. 2%內(nèi)， 以減小這些雜質(zhì)元對(duì)延伸率的不利影響；鎂元素是主要合金元素，鎂含量設(shè)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(qiáng)度要求。
[0012] 合金中錳、銅、鋅含量較少，主要是錳、銅加入合金內(nèi)會(huì)形成MnAl6、CuMgAl 2、Al2Cu 相，對(duì)材料的延伸率產(chǎn)生不利影響，鋅加入合金內(nèi)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(chǎn)生鋅花，因此將鋅含量控制在0. 1%以內(nèi)。
[0013] 合金中加入了少量鈦、鋯，其目的是在熔體中形成異質(zhì)形核粒子，以細(xì)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(qiáng)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，并形成穩(wěn)定的化合物，不會(huì)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(dá)到凈化鋁液的 目的。鑭系稀土原子性質(zhì)比較活潑，熔于鋁液中極易填補(bǔ)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(zhǎng)速度；同時(shí)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(zhǎng)大，細(xì)化合金組織。復(fù)合添加時(shí)容易形成稀土鋁之間的復(fù)合相， 復(fù)合相與基體的錯(cuò)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(xì)化合金 鑄態(tài)晶粒組織，可減少生廣成本。
[0015] 鑭系稀土與鋯都會(huì)與鋁形成細(xì)小彌散相，這些彌散相對(duì)晶界、亞晶界、位錯(cuò)起釘扎 作用，使其遷移與運(yùn)動(dòng)變得更加困難，因此會(huì)提高材料的再結(jié)晶溫度與熱穩(wěn)定性。
[0016] 通過上述成分設(shè)計(jì)使合金從成分上保證了生產(chǎn)出的板材具有良好的強(qiáng)度、延伸 率、熱穩(wěn)定性。
[0017] 本發(fā)明采用450?470°C /12?24h對(duì)鑄錠進(jìn)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，另一方面是為后續(xù)熱連軋?zhí)峁囟然A(chǔ)，本發(fā)明中 溫度相對(duì)降低，這主要是合金中鎂含量較高，避免溫度過高產(chǎn)生組織過燒。
[0018] 熱精軋的終軋溫度控制為330?350°C，本發(fā)明中對(duì)熱精軋后的板材卷取后讓其 自然冷卻以實(shí)現(xiàn)自退火，不再進(jìn)行成品退火，因此終軋溫度將直接決定成品的力學(xué)性能。本 發(fā)明中因加入了鋯、鑭系稀土等元素，提高了材料的再結(jié)晶溫度，若溫度過低，材料不能實(shí) 現(xiàn)再結(jié)晶，因而加工硬化不能消除，延伸率會(huì)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(huì)造成鑄錠組織過燒，溫度過高還可能造成材料強(qiáng)度不夠。
[0019] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：通過調(diào)控 對(duì)成分與工藝參數(shù)的控制，生產(chǎn)出了高綜合性能的Al-Mg合金，材料性能滿足：抗拉強(qiáng)度 〇 b=280?350Mpa、屈服強(qiáng)度σα2>125 Mpa、伸長(zhǎng)率δ彡26%，烘烤后性能穩(wěn)定，生產(chǎn)出 的材料具有強(qiáng)度高、延伸率高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過具體實(shí)施例與對(duì)比例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，但是本 發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0021] 實(shí)施例一： 本實(shí)施例的鋁鎂合金的化學(xué)成分以及質(zhì)量百分比為：鐵〇. 28%，硅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%， 其余單個(gè)雜質(zhì)< 0. 05 %，其余雜質(zhì)合計(jì)< 0. 15%，余量為鋁。
[0022] 鋁鎂合金板材的制備方法的步驟為： Α、按上述化學(xué)成分及質(zhì)量百分比要求配料后，熔鑄成鑄錠，熔鑄的工藝步驟包括： 熔煉、轉(zhuǎn)爐、覆蓋、靜置、除氣、鑄造，其中，合金熔煉溫度為740°C?750°C，轉(zhuǎn)爐溫度為 730°C?740°C，靜置溫度為720°C?730°C，除氣后的氫含量彡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(duì)鑄錠進(jìn)行鋸切、銑面，先鋸切鑄錠的兩端面，再對(duì)鑄錠的上下表面和側(cè)面進(jìn)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(cè)面的纟先面量為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(shí)間為20小時(shí)； D、 將加熱后的鑄錠經(jīng)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(xù)精軋機(jī)組進(jìn)行熱精軋，熱精軋的開軋溫度為365°C，終軋溫度為 338°C，精軋完成后的板材厚度為7毫米； E、 將步驟D精軋所得的板材卷曲，讓其自然冷卻后，即得所需性能的鋁鎂合金產(chǎn)品，冷 卻過程中避免強(qiáng)風(fēng)對(duì)吹； 后續(xù)的工序可在步驟E之后，對(duì)冷卻后的板材進(jìn)行矯直，板材矯直后縱向不平度為 0. 18%，橫向不平度為0. 26%，矯直后按成品要求進(jìn)行裁剪。
[0023] 為了測(cè)試所得的鋁鎂合金產(chǎn)品的性能，從矯直后的材料中截取檢測(cè)試樣，一部分 直接進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，一部分烘烤3次，每次烘烤的溫度為210°C，時(shí)間為10分鐘，烘烤 后再進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表一所示，從檢測(cè)結(jié)果可知本發(fā)明的產(chǎn)品強(qiáng)度高、延伸 率高，烘烤后力學(xué)性能下降很小，都達(dá)到交通烘烤前后力學(xué)性能變化很小，說明其熱穩(wěn)定性 好，同時(shí)產(chǎn)品的力學(xué)性能都達(dá)到制造某些特殊部件的性能指標(biāo)。
[0024] 表一

【權(quán)利要求】
1. 一種鋁鎂合金，其特征在于由下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分制成：鐵〈〇. 3%，硅〈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 %，其余單個(gè)雜質(zhì)< 0. 05 %，其余雜質(zhì)合計(jì) < 0. 15%，余量為鋁；其中鑭系元素為鑭、鈰、鐠、鉺中的一種或多種元素。
2. -種鋁鎂合金板材的制備方法，其特征在于： 采用以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分： 鐵〈0? 3%，硅〈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%，其余單個(gè)雜質(zhì) < 0. 05%，其余雜質(zhì)合計(jì)< 0. 15%，余量為鋁；其中鑭系元素為鑭、鈰、鐠、鉺中的一種或多 種元素； 其制備按以下步驟進(jìn)行： A、 按上述化學(xué)成分及質(zhì)量百分比要求配料后，熔鑄成鑄錠； B、 對(duì)鑄錠進(jìn)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(shí)間為12小時(shí)?24 小時(shí)； D、 對(duì)加熱后的鑄錠進(jìn)行熱粗軋，再進(jìn)行熱精軋，熱精軋的終軋溫度為330°C?350°C ; E、 將步驟D所得的板材卷曲后，自然冷卻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁鎂合金板材的制備方法，其特征在于：步驟A中熔鑄成 鑄錠的工藝步驟包括：熔煉、轉(zhuǎn)爐、覆蓋、靜置、除氣、鑄造，其中，合金熔煉溫度為730°C? 760°C，轉(zhuǎn)爐溫度為730°C?740°C，靜置溫度為720°C?740°C，除氣后的氫含量彡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(jù)權(quán)利要求2所述的鋁鎂合金板材的制備方法，其特征在于：步驟B中，先鋸切鑄 錠的兩端面，再對(duì)鑄錠的上下表面和側(cè)面進(jìn)行銑面，所述鑄錠兩端的鋸切量大于150毫米， 上下表面的銑面量大于10毫米，側(cè)面的銑面量大于6毫米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鋁鎂合金板材的制備方法，其特征在于： 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，精軋完成后的板材厚度為5毫米?9毫米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁鎂合金板材的制備方法，其特征在于：在步驟E之后，對(duì)冷 卻后的板材進(jìn)行矯直，板材矯直后縱向不平度不大于〇. 3%，橫向不平度不大于0. 4%。
【文檔編號(hào)】B21B1/22GK104313414SQ201410619019
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】鄧運(yùn)來, 劉栩, 李嚴(yán)法, 戴青松, 李江宇, 蒙春標(biāo), 付平, 張佳琪 申請(qǐng)人:廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司