CN113174500A - 一种提高5083合金o态折弯性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金技术领域，具体公开了一种提高5083合金O态折弯性能的方法，包括以下步骤：将配制的原料加入熔炼炉中进行熔炼，再经过静置精炼、除气、扒渣、过滤后得到铝液，精炼温度为730‑740℃，除气过程中控制流槽测氢含量≤0.1mL/100gAl，在线流槽熔体夹杂物含量＜0.04mm²/kg；将铝液在铸造温度为710‑720℃，铸造速度为45‑55mm/min下铸造成铝合金铸锭；将铝合金铸锭进行均匀化热处理；预热后依次经过多道次热粗轧、单道次热精轧至厚度为10.0‑12.0mm厚的热轧坯料；将热轧坯料采用大压下率进行冷轧，得到厚度为3.0‑5.0mm的冷轧卷材；将冷轧卷材经过高温快速退火、横剪矫直分切得到铝合金板材，本发明制得的5083合金O态板材其90°折弯最小相对弯曲半径可达0.5t，并且折弯后表面均匀光滑细腻。

Description

一种提高5083合金O态折弯性能的方法

技术领域

本发明属于铝合金生产技术领域，具体为一种提高5083合金O态折弯性能的方法。

背景技术

5083铝合金是高镁铝合金，在不可热处理合金中强度良好，耐腐蚀性、可切削性良好，阳极化处理后表面美观，电弧焊性能良好，广泛应用于海事用途如船舶，以及汽车、飞机焊接件、地铁轻轨、需要严格防火的压力容器等。

铝加工中通常用最小相对弯曲半径来衡量铝合金板材折弯时的折弯能力，最小相对弯曲半径越小则材料的折弯能力越好。材料弯曲时，其圆角区上，外层受到拉伸，内层则受到压缩，当材料厚度一定时，内r(折弯时内部所在弧度的半径)越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂纹或开裂。因此，弯曲零件的结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。弯曲时，最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时外表面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最小圆角半径与坯料厚度的比值，用rmin/t(t为厚度)来表示。该值简称t，其越小，板料弯曲的性能越好。例如最小相对弯曲半径为0.5t的材料其折弯能力要比1.5t的材料要好。

现有衡量铝合金板材折弯最小相对弯曲半径的标准在GB/T3880.2-2012(一般工业用铝及铝合金板、带材第二部分：力学性能)中对5083铝合金O态板材的最小相对弯曲半径有如下标准：厚度为3.0-6.3mm时最小相对弯曲半径达1.5t即为合格。但是近年来，在实际生产中，3.0mm厚度以下的5083铝合金板材和3.0mm厚度以上的材料其折弯能力并不相同，在折弯加工时要根据厚度的不同调换相应的折弯模具，方可保证较厚的材料折弯时不开裂，如果使用同样的折弯上下模进行折弯势必造成较厚的5083材料更易折弯开裂。但实际折弯加工时，客户往往追求简便，想用同一折弯模具进行折弯，这样对3.0-5.0mm厚度的5083板材的折弯能力就有较高的要求，否则折弯时极易产生微裂纹或开裂。

经过对5083-0状态铝合金折弯开裂的多个试样采用OM光学显微镜、SEM扫描电镜、EDS能谱仪对缺陷进行分析，发现造成5083-O状态铝合金失效折弯开裂的原因类型大致有如下几种：非金属及金属夹杂引起的折弯失效，粗大化合物造成的折弯失效，粗大第二相造成的折弯失效，以及退火后再结晶不彻底造成的性能偏高而引起的折弯失效。上述任何一种缺陷的存在都会降低5083铝合金O态材料的折弯能力。一直以来，如何将3.0-5.0mm厚的5083铝合金O态材料的折弯能力在国标基础上进行明显提升，尤其是将其最小相对弯曲半径提升至0.5t，是铝加工企业技术人员的研究方向。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种提高5083合金O态折弯性能的方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

一种提高5083合金O态折弯性能的方法，包括以下步骤：

S1、备料，按重量百分含量配制以下组分原料备用：Si≤0.15％，Fe≤0.15％，Cu≤0.05％，Mn＝0.40％-0.50％，Mg＝4.1％-4.3％，Zn≤0.05％，Cr＝0.05％-0.08％，Ti≤0.05％，其他单个杂质<0.05％，杂质合计<0.15％，其余量为Al；

S2、熔炼、精炼，将步骤S1配制的原料加入熔炼炉中进行熔炼，再经过静置精炼、除气、扒渣、过滤后得到铝液，精炼温度为730-740℃，在线净化处理要求控制流槽测氢含量≤0.1mL/100gAl，流槽夹杂物含量＜0.04mm²/kg；

S3、铸锭，将步骤S2中得到的铝液在铸造温度为710-720℃，铸造速度为55±3mm/min铸造成铝合金铸锭；

S4、均匀化热处理，将步骤S3得到的铝合金铸锭进行均匀化热处理后切去头尾进行铣面得到预处理合金锭；

S5、热轧，将步骤S4得到预处理合金锭依次经过多道次热粗轧、单道次热精轧至厚度为10.0-12.0mm厚的热轧坯料，热轧终温大于等于320℃；

S6、冷轧，将步骤S5得到的热轧坯料采用大压下率进行冷轧，冷轧至厚度为3.0-5.0mm的冷轧卷材，控制冷轧总加工率大于50％；

S7、退火，将步骤S6得到的冷轧卷材在连续式退火线上进行高温快速退火，保温时间为5-10min，得到铝合金卷材；

S8、将步骤S7得到的铝合金卷材经过横剪矫直分切，得到成品板材。

本发明中，所述步骤S4中的均匀化热处理的温度为520-530℃，均匀化热处理的时间为24h。

本发明中，所述步骤S5中，所述热粗轧为15道次，平均压下量为42mm，热粗轧后的板材厚度为20.0-24.0mm。

本发明中，所述步骤S5中，所述热精轧的压下率为50％。

本发明中，所述步骤S7中的退火温度为460-480℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、化学成分优化上，本发明通过降低Mn、Cr的含量，将5083铝合金国标化学成分中Mn和Cr元素的百分含量均降低至其下限(GB/T3190-2020中对5083铝合金化学成分中的Mn和Cr的范围分别为0.4-1.0％与0.05-0.25％)，从化学成分配比上较大概率的降低了熔铸时产生Al₇Cr和Al₆Mn等金属化合物的生成量，同时通过熔体净化来降低铸锭中的杂质Fe、Zn及Cu等，从而降低杂质元素对成品铝合金塑性的影响，有利于提高成品5083铝合金的折弯性能；

2、本发明在铸造过程中，由于铸造温度偏低意味着Al₇Cr和Al₆Mn金属间化合物在铝液凝固前的阶段具有良好的热力学生长条件；同时铸造速度慢又给了Al₇Cr和Al₆Mn化合物足够的生长时间；同时铸造速度慢也使得溶质的再分配更明显，局部富集的溶质元素也给了更充分的形成条件；因此，铸造要控制和预防5083合金Al₇Cr和Al₆Mn金属间化合物的产生，需要严格控制温度范围，使整个凝固过程能够快速地通过Al₇Cr和Al₆Mn化合物形成的温度区间；该发明通过控制铸造温度和提高铸造速度，有效控制了Al₇Cr和Al₆Mn金属间化合物的产生；其中，通过控制铸造温度，避免Al₇Cr和Al₆Mn金属间化合物在铝液凝固前生长，达到熔铸降低Al₇Cr和Al₆Mn金属间化合物的目的；

3、本发明通过均匀化热处理，最大限度的消除铸锭组织微观偏析，保证铸锭组织均匀和晶粒细化效果，均匀化热处理后，第二相在基体中弥散析出；该均匀化热处理的关键之处在于改变了基体中第二相化合物的大小，将铸锭中的第二相通过高温均匀化外加24小时的保温，均匀化热处理后第二相化合物的平均大小在10μm以下，20μm以上的几乎没有，降低了后期在折弯时因粗大化合物对基体的切割作用，从而避免因粗大化合物造成折弯处应力集中而造成的折弯开裂。

4、本发明在热轧过程中，采用大道次压下工艺，能够使得热轧板材芯部获得均匀变形，并充分破碎粗大第二相，再经过后续的单道次50％的大压下率精轧，使铝合金坯料芯部的粗大第二相获得比较充分的破碎；在冷轧过程中，热轧坯料至冷轧成品板材采用大于50％的总加工率，有利于再结晶退火后的晶粒细化；

5、本发明在再结晶退火过程中，通过快速高温退火的方式，一方面用效的降低了5083铝合金O态板材的屈强比，提高了材料的应***化指数；另一方面避免了因退火温度较低造成“未退透”问题而造成的折弯能力低。

总之，本发明通过控制铸锭中Al7Cr和Al6Mn金属间化合物的存在、细化铝合金板材粗大第二相、细化晶粒，降低材料力学性能中的屈强比等，有效提高了5083铝合金-O态时的折弯性能，实现3.0-5.0mm厚度的5083铝合金O态板材的90°折弯达到最小折弯半径0.5t的要求，成品板材的折弯后的表面均匀细腻、无裂纹特征、表面光滑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

一种提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、备料，按重量百分含量配制以下组分原料备用：Si≤0.15％，Fe≤0.15％，Cu≤0.05％，Mn＝0.40％，Mg＝4.3％，Zn≤0.05％，Cr＝0.05％，Ti≤0.05％，其他单个杂质＜0.05％，杂质合计＜0.15％，其余量为Al；

S2、熔炼、精炼，将步骤S1配制的原料加入熔炼炉中进行熔炼，再经过静置精炼、除气、扒渣、过滤后得到铝液，精炼温度为730℃，在线净化处理要求除气后流槽测氢含量≤0.1mL/100gAl，在线流槽熔体夹杂物含量＜0.04mm²/kg；

S3、铸锭，将步骤S2中得到的铝液在铸造温度为710℃，铸造速度为55±3mm/min下铸造成铝合金铸锭；

S4、均匀化热处理，将步骤S3得到的铝合金铸锭进行均匀化热处理后切去头尾进行铣面得到预处理合金锭，均匀化热处理的温度为530℃，均匀化热处理的时间为24h；

S5、热轧，将步骤S4得到预处理合金锭预热后先经过15道次热粗轧得到20.0mm厚的板材，平均压下量为42mm，再经过单道次热精轧至厚度为10.0mm厚的热轧坯料，热轧终温大于等于320℃，热精轧的压下率为50％；

S6、冷轧，将步骤S5得到的热轧坯料采用大压下率进行冷轧，冷轧至3.0mm厚的冷轧卷材；

S7、退火，将步骤S6得到的冷轧卷材在连续式退火线上进行高温快速退火，保温时间为10min，得到铝合金卷材，退火温度为460℃；

S8、将步骤S7得到的铝合金板卷材过横剪矫直分切，得到成品板材。

实施例2

一种提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、备料，按重量百分含量配制以下组分原料备用：Si≤0.15％，Fe≤0.15％，Cu≤0.05％，Mn＝0.50％，Mg＝4.1％，Zn≤0.05％，Cr＝0.08％，Ti≤0.05％，其他单个杂质＜0.05％，杂质合计＜0.15％，其余量为Al；

S2、熔炼、精炼，将步骤S1配制的原料加入熔炼炉中进行熔炼，再经过静置精炼、除气、扒渣、过滤后得到铝液，精炼温度为740℃，在线净化处理要求除气后流槽测氢含量≤0.1mL/100gAl，在线流槽熔体夹杂物含量＜0.04mm²/kg；

S3、铸锭，将步骤S2中得到的铝液在铸造温度为720℃，铸造速度为55±3mm/min下铸造成铝合金铸锭；

S4、均匀化热处理，将步骤S3得到的铝合金铸锭进行均匀化热处理后切去头尾进行铣面得到预处理合金锭，均匀化热处理的温度为520℃，均匀化热处理的时间为24h；

S5、热轧，将步骤S4得到预处理合金锭预热后先经过15道次热粗轧得到24.0mm厚的板材，平均压下量为42mm，再经过单道次热精轧至厚度为12.0mm厚的热轧坯料，热轧终温大于等于320℃，热精轧的压下率为50％；

S6、冷轧，将步骤S5得到的热轧坯料采用大压下率进行冷轧，冷轧至5.0mm厚的冷轧卷材；

S7，退火，将步骤S6得到的冷轧卷材在连续式退火线上进行高温快速退火，保温时间为5-10min，得到铝合金板材，退火温度为480℃；

S8、将步骤S7得到的铝合金板材经过横剪矫直分切，得到成品板材，

实施例3

一种提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、备料，按重量百分含量配制以下组分原料备用：Si≤0.15％，Fe≤0.15％，Cu≤0.05％，Mn＝0.45％，Mg＝4.2％，Zn≤0.05％，Cr＝0.06％，Ti≤0.05％，其他单个杂质＜0.05％，杂质合计＜0.15％，其余量为Al；

S2、熔炼、精炼，将步骤S1配制的原料加入熔炼炉中进行熔炼，再经过静置精炼、除气、扒渣、过滤后得到铝液，精炼温度为735℃，除气过程中控制流槽测氢含量≤0.1mL/100gAl，流槽夹杂物含量＜0.04mm²/kg；

S3、铸锭，将步骤S2中得到的铝液在铸造温度为735℃，铸造速度为55±3mm/min下铸造成铝合金铸锭；

S4、均匀化热处理，将步骤S3得到的铝合金铸锭进行均匀化热处理后切去头尾进行铣面得到预处理合金锭，均匀化热处理的温度为525℃，均匀化热处理的时间为24h；

S5、热轧，将步骤S4得到预处理合金锭预热后先经过15道次热粗轧得到23.0mm厚的板材，平均压下量为42mm，再经过单道次热精轧至厚度为11.5mm厚的热轧坯料，热轧终温大于等于320℃，热精轧的压下率为50％；

S6、冷轧，将步骤S5得到的热轧坯料采用大压下率进行冷轧，冷轧至4.0mm厚的冷轧卷材；

S7，退火，将步骤S6得到的冷轧板材在连续式退火线上进行高温快速退火，保温时间为5-10min，得到铝合金板材，退火温度为470℃；

S8、将步骤S7得到的铝合金卷材经过横剪矫直分切，得到成品板材。

对比试验，下面以实施例1为基础实施例，在实施例1基础上分别提供四个对比例，四个对比例分别比对Fe、Mn、Cr的含量、铸造温度、退火温度及均匀化热处理温度变化时制备的成品板材的机械性能和折弯性能；

对比例1

对比例1为基于实施例1的一种实施方式，对比例1与实施例1的区别在于步骤S1中Fe、Mn、Cr的含量不同，具体的Fe＝0.30％、Mn＝0.80％、Cr＝0.15％，其余工艺参数均相同。

对比例2

对比例2为基于实施例1的一种实施方式，对比例2与实施例1的区别在于步骤S3中铝液的铸造温度为680℃，其余工艺参数均相同。

对比例3

对比例3为基于实施例1的一种实施方式，对比例3与实施例1的区别在于步骤S7中退火温度为340℃，其余工艺参数相同。

对比例4

对比例4为基于实施例1的一种实施方式，对比例4与实施例1的区别在于步骤S4均匀化热处理温度为450℃，其余工艺参数相同。

对前述实施例1-3以及对比例1-3制得的成品板材的机械性能及折弯性能进行测试，测试结果如下表：

通过上述实验数据可知：

通过对比例1可以看出，5083铝合金中Mn、Cr、Fe含量较高时，材料在同样退火后抗拉强度与屈服强度较高，代表塑性的延伸率和应***化指数均有所下降，材料屈强比较高，在进行90°折弯时，其最小折弯在0.5t时开裂；

通过对比例2可以看出，材料力学性能与实施例1并无实质性区别，所有参数基本一致，但对铸造温度低的铸锭进行探伤检查，发现铸造温度较低的5083铸锭达不到A级标准，发现其中Mn、Cr化合物杂质较多，该材料在90°--0.5t折弯后呈现微裂，分析属于Mn、Cr化合物杂质造成的应力集中所致；

通过对比例3可以看出，退火温度较低时，无论抗拉强度还是屈服强度均较高，其屈强比偏大，塑性偏低造成在90°--0.5t折弯后折弯开裂；

通过对比例4可以看出，均匀化热处理温度偏低时，退火后的5083屈服强度偏高，塑性适当有所降低。

对实施例4中均匀化热处理温度为450℃和本发明提供的均匀化热处理温度520-530℃制得的铸锭进行SEM扫描电镜分析对比，发现其第二相有如下特点：

从上表不同均匀化热处理工艺对5083铸锭第二相尺寸的影响来看，对比例4采用450℃均匀化热处理后内部第二相较大，该较大第二相有两方面的副作用：一方面对基体的连续性起切割作用，即较大的第二相在变形时易破坏基体的连续性；另一方面，折弯时容易在较大的第二相处产生应力集中，从而产生微裂纹。

综上实施例、对比例的综合性能及分析来看，采用本发明制备的5083合金O态3.0-5.0mm厚度板材的方法，通过成分优化、熔炼精炼净化处理、铸造温度及速度控制、高温加长时间均匀化热处理、大压下量粗轧、大加工率热精轧、冷轧总加工率50％以上的冷轧和高温短时快速退火等一系列工艺，最终材料完全避开了因：非金属及金属夹杂引起的折弯失效，粗大化合物造成的折弯失效，粗大第二相造成的折弯失效，以及退火后再结晶不彻底造成的性能偏高而引起的折弯失效等潜在折弯失效因素，很好的提高了5083铝合金O状态板材的折弯能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、备料，按重量百分含量配制以下组分原料备用：Si≤0.15％，Fe≤0.15％，Cu≤0.05％，Mn＝0.40％-0.50％，Mg＝4.1％-4.3％，Zn≤0.05％，Cr＝0.05％-0.08％，Ti≤0.05％，其他单个杂质＜0.05％，杂质合计＜0.15％，其余量为Al；

S2、熔炼、精炼，将步骤S1配制的原料加入熔炼炉中进行熔炼，再经过静置精炼、除气、扒渣、过滤后得到铝液，精炼温度为730-740℃，在线净化处理要求除气后流槽测氢含量≤0.1mL/100gAl，在线流槽熔体夹杂物含量＜0.04mm²/kg；

S3、铸锭，将步骤S2中得到的铝液在铸造温度为710-720℃、铸造速度为55±3mm/min下铸造成铝合金铸锭；

S4、均匀化热处理，将步骤S3得到的铝合金铸锭进行均匀化热处理后切去头尾进行铣面得到预处理合金锭；

S5、热轧，将步骤S4得到预处理合金锭预热后依次经过多道次热粗轧、单道次热精轧至厚度为10.0-12.0mm厚的热轧坯料，热轧终温大于等于320℃；

S6、冷轧，将步骤S5得到的热轧坯料采用大压下率进行冷轧，冷轧至厚度为3.0-5.0mm的冷轧卷材，控制冷轧总加工率大于50％；

S7、退火，将步骤S6得到的冷轧卷材在连续式退火线上进行高温快速退火，保温时间为5-10min，得到铝合金卷材；

S8、将步骤S7得到的铝合金卷材经过横剪矫直分切，得到成品板材。

2.根据权利要求1所述的提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于：所述步骤S4中的均匀化热处理的温度为520-530℃，均匀化热处理的保温时间为24h。

3.根据权利要求1所述的提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述热粗轧为15道次，平均压下量为42mm，热粗轧后的板材厚度为20.0-24.0mm。

4.根据权利要求3所述的提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述热精轧的单道次压下率为50％。

5.根据权利要求1所述的提高5083合金O态折弯性能的方法，其特征在于：所述步骤S7中的退火温度为460-480℃。