CN104018039A - 一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法领域。一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，采用在均匀化结束后，将扁锭转移至冷却室进行强风冷却或喷淋冷却，30～50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。同时，热轧前的预热过程中快速对铸锭进行升温，减少保温时间，使细小析出相回溶，抑制其再次析出或粗化。本发明无需用昂贵的Sc元素进行合金化，仅通过工艺过程等来抑制铝合金板材加工过程中的再结晶形为的发生，降低铝合金板材的再结晶分数，成本低，具有十分明显的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法领域，特别是一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法。
背景技术
长期以来，7xxx系铝合金被广泛应用于航空航天制造领域，如7050、7150、7075、7475、7055等合金。对于飞机上翼壁板等部件，要求具有较高的强度和断裂韧性、耐应力腐蚀等性能。实践表明，抑制再结晶对铝合金板材的综合性能具有重要影响。
铝合金的再结晶行为与合金成分及其制备过程密切相关。含Sc或含Zr合金可提高铝合金的再结晶温度，抑制再结晶。中国专利CN100460545C，“抗再结晶Al-Zn-Mg-(Cu)合金”，在添加Zr的同时，添加原子半径小于Zr的过渡族元素和原子半径大于Zr的稀土元素，在Al-Zn-Mg-(Cu)合金中形成的多元金属间化合物能显著抑制再结晶。中国专利CN100590215C，“含钕或镝抗再结晶耐蚀铝合金”，通过在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中复合添加Zr、Cr、Nd、Dy，形成多元铝化物弥散相，能有效抑制Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再结晶。此外，铝合金热轧后的固溶处理过程中，降低固溶温度和缩短固溶时间都可减小再结晶发生的趋势。
含Sc铝合金抑制再结晶效果最好，但金属Sc价格十分昂贵，限制了其推广应用。含Zr、过渡族元素或稀土元素铝合金抑制再结晶能力逊于Sc元素，且这些元素会对晶粒细化剂造成毒化作用。通过降低固溶温度和缩短固溶时间来减少再结晶百分比，会造成固溶不充分，影响合金的综合性能。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，针对上述技术问题，在材料成分和材料制造工艺上对铝合金板材再结晶进行抑制，减少对昂贵金属的依赖，同时满足铝合金板材再结晶抑制的需求。
本发明的技术方案是：一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，包括以下重量百分比的原料：
余量为Al配齐，其特征在于，包括以下步骤：
将所述原料混合，在720～750℃下熔炼8～15小时，然后在温度为680～700℃、铸造速度为40～50mm/分的条件下进行半连续铸造，得到扁锭；
将所述扁锭在460～470℃下匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭转移至冷却室进行强风冷却或喷淋冷却，30～50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下；
将扁锭3～5小时内预热至400～420℃，保温10～40分钟，并轧制成设定规格厚度的板材；
将所述板材在465～470℃进行固溶60～90分钟并淬火，淬火后6小时内用拉伸机进行拉伸量为2～2.5％的拉伸处理；
将拉伸后的板材进行双级时效处理，第一级120℃时效6小时，第二级160℃时效20小时。
本发明中的对铝合金成分而言金属元素Zr可以对形成Al3Zr固溶物，能够提高晶格稳定性，抑制再结晶；但其效果小于金属元素Sc，考虑金属元素Sc价格因素。因此在铝合金的制造工艺上增加抑制再结晶的步骤，即扁锭在460～470℃下均匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭转移至冷却室进行强风冷却或喷淋冷却，30～50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。实际生产过程中，均匀化后的冷却一般可分为炉内风冷或炉外空冷。由于冷却时间较长，冷速较慢，均匀化后的显微组织中含有粗大的析出相。由于这些粗大的析出相在后续的固溶处理过程中可从新再溶入铝基体，因而均匀化后冷却过程中形成的析出相形貌及尺寸一般不为人们所重视。而在热轧前的预热过程中，这些粗大的析出相无法回溶，只能发生粗化。在热轧过程中，这些粗大的析出相会造成位错塞积，成为颗粒诱发动态再结晶的形核点。大量再结晶的发生，造成板材强度、断裂韧性等性能的降低。本发明均匀化后强制冷却处理其显微组织中析出相较普通冷却处理的细小得多。同时，热轧前的预热过程中快速对铸锭进行升温，减少保温时间，使细小析出相回溶，抑制其再次析出或粗化。本发明均匀化后强制冷却处理的后期制品再结晶百分比一般在12％左右，而均匀化后普通冷却处理的后期制品再结晶百分比高达55％,本发明工艺方法能够有效减少再结晶发生。
进一步优化，扁锭快速转移至冷却室同时进行强风冷却和喷淋冷却，30分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。
进一步优化，扁锭快速转移至冷却室进行喷淋冷却，40分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。
进一步优化，将扁锭快速转移至冷却室进行风冷至390℃，再喷淋冷却并在50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。
针对不同的冷却环境，在没有同时喷淋冷却和风冷冷却的情况下，这里可以单独使用喷淋冷却或风冷冷却，保证该工艺方法的适用性和实用性。不同的冷却环境这里公开了不同的冷却时间，以公开最优工艺方案。
进一步优化，所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理。根据实际生产工艺要求，对扁锭锯切和铣面处理，满足设备加工需要。
进一步优化，将扁锭轧制到设定规格厚度的板材后，对所述板材剪切头尾。对所述板材剪切头尾保证板材整体质量要求。
进一步优化，所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理，在3小时内将扁锭预热至400～420℃，保温40分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度的板材，并剪切板材头尾。
进一步优化，所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理，在4小时内将扁锭预热至400～420℃，保温30分钟。
进一步优化，所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理，5小时内将扁锭预热至400～420℃，保温10分钟。
热轧前的预热过程中快速对铸锭进行升温，减少保温时间，相对的在增加加热时间同时减少保温时间，保证细小析出相回溶，抑制其再次析出或粗化。
本发明有益效果是：本发明无需用昂贵的Sc元素进行合金化，仅通过工艺过程等来抑制铝合金板材加工过程中的再结晶形为的发生，降低铝合金板材的再结晶分数，有益于提高合金的强度和断裂韧性，成本低，具有十分明显的经济效益和社会效益。本发明试验中表明均匀化后强制冷却处理的后期制品再结晶百分比在12％，而均匀化后普通冷却处理的后期制品再结晶百分比高达55％，可见本发明工艺方法能够有效避免减少再结晶发生。
附图说明
图1是本发明中均匀化后强制冷却处理的显微组织；
图2是本发明中均匀化后普通冷却处理的显微组织；
图3是图1中组织获得的板材显微组织；
图4是图2中组织获得的板材显微组织。
具体实施方式
本发明针对的是抑制铝合金板材再结晶，实际中，含Sc或含Zr合金可提高铝合金的再结晶温度，抑制再结晶。其中，金属元素Sc对铝合金抑制再结晶效果最好。但金属Sc价格十分昂贵，限制了其推广应用。含Zr、过渡族元素或稀土元素铝合金抑制再结晶能力逊于Sc元素，且这些元素会对晶粒细化剂造成毒化作用。通过降低固溶温度和缩短固溶时间来减少再结晶百分比，会造成固溶不充分，影响合金的综合性能。
本发明提出一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，包括以下重量百分比的原料：Si0.06，Fe0.13，Cu2.20，Mg2.30，Zn6.30，Zr0.11，Ti0.05，余量为Al配齐，包括以下步骤：
将所述原料混合，在720～750℃下熔炼8～15小时，然后在温度为680～700℃、铸造速度为40～50mm/分的条件下进行半连续铸造，得到扁锭；
将所述扁锭在460～470℃下匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭转移至冷却室进行强风冷却或喷淋冷却，30～50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下；
将扁锭3～5小时内预热至400～420℃，保温10～40分钟，并轧制成设定规格厚度的板材；
将所述板材在465～470℃进行固溶60～90分钟并淬火，淬火后6小时内用拉伸机进行拉伸量为2～2.5％的拉伸处理；
将拉伸后的板材进行双级时效处理，第一级120℃时效6小时，第二级160℃时效20小时。
本发明公开的工艺方法能够有效对铝合金再结晶进行抑制，其中重点在于：
1.提高均匀化后所述扁锭的冷却速度，30～50分钟内将所述扁锭温度冷却至105℃以下，抑制所述扁锭均匀化后显微组织中第二相的析出及控制析出相尺寸，防止其粗化。
2.热轧前的预热过程中快速对所述扁锭进行升温，减少保温时间，在3～5小时内预热至400～420℃，保温10～40分钟，使细小析出相回溶，抑制其再次析出或粗化。
本发明均匀化后强制冷却处理的后期制品再结晶百分比一般在
12％左右，而均匀化后普通冷却处理的后期制品再结晶百分比高达55％,本发明工艺方法能够有效避免减少再结晶发生。同时，热轧前的预热过程中快速对铸锭进行升温，减少保温时间，使细小析出相回溶，抑制其再次析出或粗化。
以下结合具体实施例及试验结果对本发明进一步说明。
实施例1：铝合金原料按重量份数比由0.06份的Si，0.13份的Fe，2.20份的Cu，2.30份的Mg，6.30份的Zn，0.11份的Zr，0.05份的Ti和余量为Al，合计100份。并通过以下步骤实现：
步骤1：将混合后的原料在730℃下熔炼10小时，然后在温度为700℃、铸造速度为45mm/分的条件下进行半连续铸造，扁锭截面尺寸为420×1600mm。
步骤2：在460℃下将扁锭均匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭快速转移至特制的冷却室进行强风冷却和喷淋冷却，30分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下，待扁锭冷却至室温后对其进行锯切和铣面。
步骤3：在4小时内将扁锭预热至400℃，保温30分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度20mm的板材，并剪切头尾。
步骤4：将板材在470℃进行固溶75分钟并淬火，淬火后6小时内用拉伸机进行拉伸量为2.5％的拉伸处理。
步骤5：将拉伸后的板材进行双级时效处理，第一级120℃时效6小时，第二级160℃时效20小时。
步骤6：按实际产品的需要对板材进行精整，即得到具有低再结晶分数的铝合金板材。
对本实施例中步骤2中所得的扁锭进行取样，并进行显微观察，得到显微图像，如附图1所示。图中显微组织中析出相较为细小。
实施例2：铝合金原料按重量份数比由0.06份的Si，0.13份的Fe，2.20份的Cu，2.30份的Mg，6.30份的Zn，0.11份的Zr，0.05份的Ti和余量为Al，合计100份。并通过以下步骤实现：
步骤1：将混合后的原料在750℃下熔炼8小时，然后在温度为680℃、铸造速度为40mm/分的条件下进行半连续铸造，扁锭截面尺寸为420×1600mm。
步骤2：在470℃下将扁锭均匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭快速转移至特制的冷却室进行喷淋冷却，40分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下，待扁锭冷却至室温后对其进行锯切和铣面。
步骤3：在3小时内将扁锭预热至400℃，保温40分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度20mm的板材，并剪切头尾。
步骤4：将板材在470℃进行固溶65分钟并淬火，淬火后6小时内用拉伸机进行拉伸量为2.5％的拉伸处理。
步骤5：将拉伸后的板材进行双级时效处理，第一级120℃时效6小时，第二级160℃时效20小时。
步骤6：按实际产品的需要对板材进行精整，即得到具有低再结晶分数的铝合金板材。
实施例3：铝合金原料按重量份数比由0.06份的Si，0.13份的Fe，2.20份的Cu，2.30份的Mg，6.30份的Zn，0.11份的Zr，0.05份的Ti和余量为Al，合计100份。并通过以下步骤实现：
步骤1：将混合后的原料在730℃下熔炼12小时，然后在温度为680℃、铸造速度为50mm/分的条件下进行半连续铸造，扁锭截面尺寸为420×1600mm。
步骤2：在470℃下将扁锭均匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭快速转移至冷却室进行风冷至390℃，之后喷淋冷却，50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下，待扁锭冷却至室温后对其进行锯切和铣面。
步骤3：在5小时内将扁锭预热至420℃，保温10分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度20mm的板材，并剪切头尾。
步骤4：将板材在470℃进行固溶85分钟并淬火，淬火后6小时内用拉伸机进行拉伸量为2％的拉伸处理。
步骤5：将拉伸后的板材进行双级时效处理，第一级120℃时效6小时，第二级160℃时效20小时。
步骤6：按实际产品的需要对板材进行精整，即得到具有低再结晶分数的铝合金板材。
以实施例1作为对比，设置一组对比组。相比实施例1，对比组在步骤2中采用炉内风冷，均匀化结束后，将扁锭进行炉内风冷，冷却速度为100℃/h，待扁锭冷却至室温后对其进行锯切和铣面。步骤3中在6小时内将扁锭预热至400℃，保温60分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度20mm的板材，并剪切头尾。
相应的其他步骤不变，参数不变。同时在对比组步骤2中得到的扁锭进行取样，并进行显微观察，得到显微图像，如附图2所示。图中显微组织中析出相较为较为粗大。
对比图1和图2可以明显看出，两者分辨率一致，其中图1中的析出相明显较图2中析出相少。进一步的，分别对实施例1和对比组中所取显微样本获取板材显微组织图像，其中图3为图1样本的板材显微组织图像，图4为图2样本的板材显微组织图像。相较之下，图3中再结晶百分比在12％左右，图4中再结晶百分比高达55％。由此证明，本发明的工艺方法对一直铝合金板材再结晶取得良好的技术效果，降低铝合金板材的再结晶分数，相较使用贵金属Sc等成本低，具有十分明显的经济效益和社会效益。
Claims (9)
1.一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，包括以下重量百分比的原料：
余量为Al配齐，其特征在于，包括以下步骤：
将所述原料混合，在720～750℃下熔炼8～15小时，然后在温度为680～700℃、铸造速度为40～50mm/分的条件下进行半连续铸造，得到扁锭；
将所述扁锭在460～470℃下匀化处理36小时，均匀化结束后，将扁锭转移至冷却室进行强风冷却或喷淋冷却，30～50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下；
将扁锭3～5小时内预热至400～420℃，保温10～40分钟，并轧制成设定规格厚度的板材；
将所述板材在465～470℃进行固溶60～90分钟并淬火，淬火后6小时内用拉伸机进行拉伸量为2～2.5％的拉伸处理；
将拉伸后的板材进行双级时效处理，第一级120℃时效6小时，第二级160℃时效20小时。
2.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：扁锭转移至冷却室同时进行强风冷却和喷淋冷却，30分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。
3.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：扁锭转移至冷却室进行喷淋冷却，40分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。
4.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：将扁锭转移至冷却室进行风冷至390℃，再喷淋冷却并在50分钟内将扁锭温度冷却至105℃以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理。
6.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：将扁锭轧制到设定规格厚度的板材后，对所述板材剪切头尾。
7.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理，在3小时内将扁锭预热至400～420℃，保温40分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度的板材，并剪切板材头尾。
8.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理，在4小时内将扁锭预热至400～420℃，保温30分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度的板材，并剪切板材头尾。
9.根据权利要求1所述的一种抑制铝合金板材再结晶的加工方法，其特征在于：所述扁锭温度冷却至105℃以下后，对所述扁锭继续冷却至室温，并对其进行锯切和铣面处理，5小时内将扁锭预热至400～420℃，保温10分钟，而后将扁锭轧制到设定厚度的板材，并剪切板材头尾。
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