一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材的制造方法

技术领域

本发明涉及铝合金带式法淬火及带式法冷作硬化制造的高强度热处理可强化铝合金板材的技术领域。

背景技术

铝合金具有密度小、强度高、耐疲劳性能好、加工性能优良等特点，随着铝合金加工技术的不断发展进步，具有良好的表面质量、板形及力学性能稳定性的高强度热处理可强化铝合金板材在某些重点领域得到广泛应用。气垫炉是当前铝合金加工行业比较典型的先进的铝合金热处理生产线，具有炉气温度均匀性高、运行连续、能耗低、安全性高、产品质量均一且稳定等特点，在保证产品综合质量方面有了新的突破，同时配合现代化高速带式冷轧机冷作硬化的加工方式，是高质量高强度热处理可强化铝合金板材的发展方向。为此开发一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材的制造方法。

发明内容

本发明为了解决现有铝合金板材力学性能有待提高的技术问题，而提供的一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材的制造方法。

一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材的制造方法，它包括以下步骤：

一、按重量百分含量：Cu为4.55％～4.85％、Mn为0.50～0.80％、Mg为1.50～1.80％、Si＜0.27％、Fe＜0.45％、Ni＜0.10％、Zn＜0.20％、Ti＜0.10％和余量的Al，称取铜锭、铝锰中间合金、镁锭和铝锭，然后将称取的铜锭、铝锰中间合金、镁锭和铝锭；

将称取的铝锭加入到电阻反射炉内，加热温度至750℃～795℃向电阻反射炉内加入金属铜，搅拌6min～10min，搅拌期间保持熔体温度为750℃～795℃；然后加入镁锭，搅拌7min～10min，再加入铝锰中间合金，搅拌12min～15min；

采用Ar-Cl

二、将步骤一得到的铸锭进行均匀化退火处理；

三、将步骤二处理后的铸锭进行铣面处理；

四、将步骤三处理后的铸锭进行双面包铝；

五、将步骤四处理后的铸锭进行加热处理，控制炉气温度525～535℃，加热9.0～9.5h，转定温465～475℃，出炉；

六、将步骤五处理后的铸锭进行热轧，获得热轧卷；

七、将步骤六获得的热轧卷进行冷轧，获得冷轧卷；

八、将步骤七获得的冷轧卷进行清洗切边，获得卷材；

九、采用气垫炉将步骤八获得的卷材进行淬火处理，控制炉温温度为497～503℃，工艺段速度3.4～3.6m/min，采用15-35℃的水进行淬火，控制压力为1.0～1.5bar；然后进行矫直，在线矫直机延伸率为3.1～3.3％；

十、将步骤九处理后的卷材进行自然时效处理，控制时效温度为10～35℃，时效时间为96～120h；

十一、将步骤十处理后的卷材进行冷作处理；

十二、将步骤十一处理后的卷材进行剪切，获得成品板；

十三、将步骤十二获得的成品板进行检测，合格成品即为一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材，完成制造。

通过本发明设定的固溶温度及固溶加热保温时间是高强度热处理可强化铝合金固溶充分的主要因素，足够的过饱和固溶体是保证合金力学性能的条件。淬火冷却速率是保证足够的过饱和固溶体被固定在铝合金基体中，淬火冷却后，大量空位被固定在晶体内，过饱和固溶体中空位与溶质原子结合，空位的存在加速了溶质原子的扩散速度，形成溶质原子富集区G.P(I)区，为后续自然时效过程中强化相的析出做准备，随着自然时效时间的延长，G.P(I)区溶质原子有序排列，形成了G.P(II)区，从而使G.P区附近的晶格畸变，位错的阻力加大，引起了合金的强化，强度增加。随着自然时效时间的进一步延长，G、P区逐渐向过渡相θˊ转化，且θˊ相与母相保持共格关系，基体中CuAl

本发明有益效果：

1、本发明采用铝合金加工行业上比较先进的气垫炉热处理生产线进行淬火，较传统的盐浴炉淬火及片式冷作硬化的生产方式在产品质量、安全性及能耗方面有了新的突破；通过控制固溶温度及加热保温时间、淬火冷却速率、预变形量，自然时效时间，冷作硬化量等关键参数，保证了产品的表面质量、板形及力学性能，质量稳定性高。本发明制得的气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材产品质量优良，板形不平度2-5mm，板形满足标准及用户使用要求；规定非比例伸长应力为355-361N/mm

2、本发明的气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材还具有以下优点，一是淬火时固溶加热温度均匀性高，冷作硬化时批次冷作量稳定，产品质量稳定性高，表面质量优良，板形平整，有利于用户分切加工使用；二是铝合金废料易于回收，可循环使用，同时具有不燃烧，遇火安全等特点。

本发明制备方法用于制备高强度热处理可强化铝合金板材。

附图说明

图1为实施例一所述一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材沿厚度方向的显微组织照片(金相显微镜，比例为1：100)；

图2为实施例一所述一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材沿厚度方向的显微组织照片(金相显微镜，比例为1：200)；

图3为实施例一所述一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材沿厚度方向的显微组织照片(金相显微镜，比例为1：5000)。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材的制造方法，它包括以下步骤：

一、按重量百分含量：Cu为4.55％～4.85％、Mn为0.50～0.80％、Mg为1.50～1.80％、Si＜0.27％、Fe＜0.45％、Ni＜0.10％、Zn＜0.20％、Ti＜0.10％和余量的Al，称取铜锭、铝锰中间合金、镁锭和铝锭，然后将称取的铜锭、铝锰中间合金、镁锭和铝锭；

将称取的铝锭加入到电阻反射炉内，加热温度至750℃～795℃向电阻反射炉内加入金属铜，搅拌6min～10min，搅拌期间保持熔体温度为750℃～795℃；然后加入镁锭，搅拌7min～10min，再加入铝锰中间合金，搅拌12min～15min；

采用Ar-Cl

二、将步骤一得到的铸锭进行均匀化退火处理；

三、将步骤二处理后的铸锭进行铣面处理；

四、将步骤三处理后的铸锭进行双面包铝；

五、将步骤四处理后的铸锭进行加热处理，控制炉气温度525～535℃，加热9.0～9.5h，转定温465～475℃，出炉；

六、将步骤五处理后的铸锭进行热轧，获得热轧卷；

七、将步骤六获得的热轧卷进行冷轧，获得冷轧卷；

八、将步骤七获得的冷轧卷进行清洗切边，获得卷材；

九、采用气垫炉将步骤八获得的卷材进行淬火处理，控制炉温温度为497～503℃，工艺段速度3.4～3.6m/min，采用15-35℃的水进行淬火，控制压力为1.0～1.5bar；然后进行矫直，在线矫直机延伸率为3.1～3.3％；

十、将步骤九处理后的卷材进行自然时效处理，控制时效温度为10～35℃，时效时间为96～120h；

十一、将步骤十处理后的卷材进行冷作处理；

十二、将步骤十一处理后的卷材进行剪切，获得成品板；

十三、将步骤十二获得的成品板进行检测，合格成品即为一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材，完成制造。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二控制均匀化退火制度为：第一阶段，炉气温度530℃，升温300min，保温260min，第二阶段，炉气温度490℃，升温80min，保温420min，第三阶段，炉气定温490min，保温1140min，控制铸锭温度485-495℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三铣面处理，控制每面的铣面厚度为18～20mm，铣面后铸锭规格为384mm×1375mm×6000mm。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤四双面包铝为，将铸锭上下两面包LB2铝板材，LB2铝板材规格为25mm×1260mm×5900mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤六热轧轧制道次为：434mm-422mm-410mm-398mm-386mm-374mm-362mm-335mm-307mm-280mm-252mm-223mm-190mm-165mm-140mm-112mm-88mm-72mm-59mm-38mm-24mm-14mm-8.5mm-6.0mm，得到热轧卷的规格为6.0mm×1350mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤七冷轧轧制道次为：6.0mm-4.2mm-2.9mm-2.55mm，得到的冷轧卷规格为2.55mm×1350mm。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤八采用拉弯矫直机进行清洗切边，控制清洗速度为120m/min，清洗水温75-85℃，切边至宽度为1211mm，得到的卷材规格为2.55mm×1211mm。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤十一采用冷轧机进行冷作处理，控制冷作量为3.0％，轧制道次：2.48mm-2.41mm，得到的卷材规格为2.41mm×1203mm。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤十二采用横剪机进行剪切，剪切长度3500mm，留取规格为2.41mm×300mm×1203mm的试样条。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤十三将试样条进行力学性能测试，以及显微组织检测。其它与具体实施方式一至九之一相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

实施例一：

本实施例一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤：

一、按重量百分含量：Cu为4.55％～4.85％、Mn为0.50～0.80％、Mg为1.50～1.80％、Si＜0.27％、Fe＜0.45％、Ni＜0.10％、Zn＜0.20％、Ti＜0.10％和余量的Al，且Fe与Ni质量百分含量之和小于0.50％，称取铜锭、铝锰中间合金、镁锭和铝锭，然后将称取的铜锭、铝锰中间合金、镁锭和铝锭；

将称取的铝锭加入到电阻反射炉内，加热温度至780℃向电阻反射炉内加入金属铜，搅拌10min，搅拌期间保持熔体温度为750℃～795℃；然后加入镁锭，搅拌8min，再加入铝锰中间合金，搅拌15min；

采用Ar-Cl

二、采用均火炉将步骤一得到的铸锭进行均匀化退火处理；

控制均匀化退火制度为：第一阶段，炉气温度530℃，升温300min，保温260min，第二阶段，炉气温度490℃，升温80min，保温420min，第三阶段，炉气定温490min，保温1140min，控制铸锭温度485-495℃；

三、采用铣床将步骤二处理后的铸锭进行铣面处理；控制每面的铣面厚度为18mm，铣面后铸锭规格为384mm×1375mm×6000mm；

四、将步骤三处理后的铸锭进行双面包铝；双面包铝为，将铸锭上下两面包LB2铝板材，LB2铝板材规格为25mm×1260mm×5900mm；

五、将步骤四处理后的铸锭装入推加炉进行加热处理，控制炉气温度530℃，加热9.0h，转定温470℃，出炉；

六、将步骤五处理后的铸锭进行热轧，获得热轧卷；

采用热轧机进行热轧，热轧轧制道次为：434mm-422mm-410mm-398mm-386mm-374mm-362mm-335mm-307mm-280mm-252mm-223mm-190mm-165mm-140mm-112mm-88mm-72mm-59mm-38mm-24mm-14mm-8.5mm-6.0mm，得到热轧卷的规格为6.0mm×1350mm；

七、将步骤六获得的热轧卷进行冷轧，获得冷轧卷；

采用冷轧机进行冷轧，冷轧轧制道次为：6.0mm-4.2mm-2.9mm-2.55mm，得到的冷轧卷规格为2.55mm×1350mm；

八、将步骤七获得的冷轧卷进行清洗切边，获得卷材；

采用拉弯矫直机进行清洗切边，控制清洗速度为120m/min，清洗水温75-85℃，切边至宽度为1211mm，得到的卷材规格为2.55mm×1211mm；

九、采用气垫炉将步骤八获得的卷材进行淬火处理，控制炉温温度为500℃，工艺段速度3.5m/min，采用15-35℃的水进行淬火，控制压力为1.0～1.5bar；然后进行矫直，在线矫直机延伸率为3.2％；

十、将步骤九处理后的卷材进行自然时效处理，控制时效温度为10～35℃，时效时间为100h；

十一、将步骤十处理后的卷材进行冷作处理；采用冷轧机进行冷作处理，控制冷作量为3.0％，轧制道次：2.48mm-2.41mm，得到的卷材规格为2.41mm×1203mm；

十二、将步骤十一处理后的卷材进行剪切，获得成品板；采用横剪机进行剪切，剪切长度3500mm，留取规格为2.41mm×300mm×1203mm的试样条；

十三、将步骤十二获得的成品板进行力学性能测试，以及显微组织检测，合格成品即为一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材，完成制造。

将试样条剪切至2.41mm×25mm×190mm规格试样测试力学性能，2.41mm×30mm×30mm试样进行显微组织检测分析。

经检测，本发明制备的板材力学性能方面，规定非比例伸长应力、抗拉强度及伸长率力学性能散差小，其优质性能满足用户使用要求；显微组织方面，内部晶粒整体均为再结晶晶粒，在冷作硬化的作用下带有较轻微拉长形貌，第二相残留较少，合金固溶充分，析出相弥散析出，分布均匀。

将制得的一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材进行力学性能分析，得到以下数据参数，详见表1。从力学性能数据可得，符合技术标准，且力学性能散差小，说明在该淬火制度下固溶完全，获得了足够的过饱和固溶体。淬火冷却后大量空位被固定在晶体内，过饱和固溶体中空位与溶质原子结合，空位的存在加速了溶质原子的扩散速度，形成溶质原子富集区G.P(I)区，为后续自然时效过程中强化相的析出做准备，冷却速率满足合金特性。随着自然时效时间的延长，G.P(I)区溶质原子有序排列，形成了G.P(II)区，从而使G.P区附近的晶格畸变，位错的阻力加大，引起了合金的强化，强度增加。随着自然时效时间的进一步延长，G、P区逐渐向过渡相θˊ转化，且θˊ相与母相保持共格关系，基体中CuAl

表1

图1为实施例一所述一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材沿厚度方向的显微组织照片(金相显微镜，比例为1：100)；从图中可以看出，该方法制造的高强度热处理可强化铝合金板材的偏光照片，内部晶粒整体均为再结晶晶粒，在冷作硬化的作用下带有较轻微拉长形貌，内部组织均匀。

图2为实施例一所述一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材沿厚度方向的显微组织照片(金相显微镜，比例为1：200)；从图中可以看出，该方法制造的高强度热处理可强化铝合金板材的高倍照片，第二相残留较少，说明合金固溶充分，保证了合金的固溶程度。

图3为实施例一所述一种气垫炉淬火的高强度热处理可强化铝合金板材沿厚度方向的显微组织照片(金相显微镜，比例为1：5000)；从图中可以看出，该方法制造的高强度热处理可强化铝合金板材的高倍照片，CuAl2及CuMgAl2主要强化相弥散析出，且数量较多，合金强度及延伸率较高，保证了合金自然时效后的力学性能。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业技术人员，未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。