TWI510638B

TWI510638B - A method for making aluminum alloy material

Info

Publication number: TWI510638B
Application number: TW103138646A
Authority: TW
Inventors: Chang Chuan Hsu
Original assignee: Nat Inst Chung Shan Science & Technology
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2015-12-01
Also published as: TW201617461A

Description

一種鋁合金材料製作方法

本發明係關於一種鋁合金材料之製作方法，特別是關於一種高強度鋁合金材料之製作方法。

鋁合金已發展超過100年以上，應用範圍極廣，其產業規模僅次於鋼鐵產業，鋁合金材料因具有質輕、強度適當、耐蝕及易做表面處理等特性，可用於航太工業、自行車業、筆電外殼、車廂及日常生活如鋁箔包、鋁門窗等運用，逐漸有取代鋼鐵的地位。

近年來在全球性輕量化、省能源及環保回收潮流的趨勢下，鋁鎂合金已成為新世代的材料的選擇，其中，Al-Si-Mg(6000系)合金在國防、汽車、家電及運動器材應用相當廣泛，但較欠缺強度之Al-Si-Mg合金，一直是業界尋求改善目標，因此為提高一般商用Al-Si-Mg合金之強度，往往添加鈧(Sc)元素作為晶粒細化劑，添加約0.03%~0.20%Sc，來細化晶粒以提昇抗拉強度至450MPa左右。

中華民國公開號200408716，展慶公司申請「含有鈧元素之鋁合金材料」，及台灣穗高科技公司所生產之M6及M7鋁合金，皆是敘述利用6000系(Al-Si-Mg)或7000系鋁合金(Al-Zn-Mg)於其中添加少量的Sc元素，以提高鋁合金強度、硬度等機械性質。

但上述習知為提昇鋁矽鎂合金材料機械強度而拓展在結構件上應用，而添加價格昂貴且易被國外掌控之稀土Sc元素的技術，將造成該鋁-矽-鎂合金之製作成本大幅提升，且當鋁-矽-鎂合金材料添加鈧元素之後，於實際運用上之塑性變形能力仍較差。

因此目前業界極需發展出一種高強度鋁合金材料之製作方法，可使鋁合金材料之抗拉強度可大幅提高，如此一來，方能同時兼具強度與散熱效率，製備出包含有強度高、密度低、散熱性佳及耐衝擊性優異等特性之鋁合金材料。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種鋁合金材料之製作方法，整合10種元素、一溶解處理、一鑄錠處理、及外部加壓處理等，以製備出包含有優異特性之鋁合金材料。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種鋁合金材料之製作方法，其係以重量百分比94.25%~98.53%之鋁、重量百分比0.40%~0.80%之矽、重量百分比小於0.50%之鐵、重量百分比0.15%~1.00%之銅、重量百分比小於0.60%之錳、重量百分比0.80%~1.40%之鎂、重量百分比小於0.40%之鉻、重量百分比小於0.25%之鋅以及重量百分比小於0.20%之鈦為基材，並添加重量百分比0.06%~0.30%之鋯及重量百分比0.06%~0.30%之釩，且於熔解後鑄成鋁合金錠，最後再加工展製成鋁合金材料。

鋁合金材料於熔解後鑄成鋁合金錠，加工展製成鋁合金材料製作時包含有下列步驟：步驟一：係以鋁、矽、鐵、銅、錳、鎂、鉻、鋅以及鈦作為基材，並同時添加鋯及釩，且以高週波感應熔解爐或電阻爐熔解，形成鋁合金熔湯；步驟二：將鋁合金熔湯進行除氣及除渣作業後以激冷澆鑄方式擠壓成鋁合金錠；以及步驟三：再對該鋁合金錠之外部加壓，進而加工展製作成一鋁合金材料。

上述步驟三中之鋁合金錠係以擠製或軋延方式製作成鋁合金材料；或是以軋延機軋延成板狀或片狀之鋁合金材料。

為了達到上述目的，根據本發明所提出另一方案，提供一種鋁合金材料，其係包含重量百分比94.25%~98.53%之鋁、重量百分比0.40%~0.80%之矽、重量百分比小於0.50%之鐵、重量百分比0.15%~1.00%之銅、重量百分比小於0.60%之錳、重量百分比0.80%~1.40%之鎂、重量百分比小於0.40%之鉻、重量百分比小於0.25%之鋅以及重量百分比小於0.20%之鈦，重量百分比0.06%~0.30%之鋯及重量百分比0.06%~0.30%之釩。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1‧‧‧鋁合金材料

10‧‧‧基材

101‧‧‧鋁

102‧‧‧矽

103‧‧‧鐵

104‧‧‧銅

105‧‧‧錳

106‧‧‧鎂

107‧‧‧鉻

108‧‧‧鋅

109‧‧‧鈦

11‧‧‧鋁合金熔湯

111‧‧‧鋯

112‧‧‧釩

12‧‧‧鋁合金錠

a‧‧‧熔解步驟

b‧‧‧擠壓步驟

c‧‧‧外部加壓步驟

第一圖係為本發明一種鋁合金材料之製作方法流程圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

本發明鋁合金材料係於6000系鋁合金中添加少量之Zr及V等合金元素，經激冷澆鑄成擠錠，再以擠製及T6熱處理製作成一次料，其合金材料之抗拉強度可大幅提高。此鋁合金材料室溫下不僅具有優異塑性變形能力，而且強度比未添加微量合金元素之材料高，可應用在國防、航太、汽車、家電及OA產業產品外殼之結構件以及其他結構件。

請參閱第一圖所示，為本發明一種鋁合金材料之製作方法流程圖。如圖所示，本發明提供一種鋁合金材料之製作方法，主要包括三個步驟，步驟一：其係以重量百分比94.25%~98.53%之鋁101、重量百分比0.40%~0.80%之矽102、重量百分比小於0.50%之鐵103、重量百分比0.15%~1.00%之銅104、重量百分比小於0.60%之錳105、重量百分比0.80%~1.40%之鎂106、重量百分比小於0.40%之鉻107、重量百分比小於0.25%之鋅108以及重量百分比小於0.20%之鈦109為基材110，並添加重量百分比0.06%~0.30%之鋯111及重量百分比0.06%~0.30%之釩112，且以高週波感應熔解爐熔解a，形成鋁合金熔湯11；步驟二：將鋁合金熔湯進行除氣及除渣作業後以激冷澆鑄方式製成鋁合金錠；以及步驟三：再對該鋁合金錠之外部加壓(例如以擠製或軋延方式)，進而加工成形各種產品(例如以擠型機擠製成棒材或板片或以軋延機軋延成板狀或片狀之鋁合金材料)。

實施例

本發明中實施例及比較例合金之製作方法，皆以高純度Al、Si、Mg、Cu、Mn、及晶粒細化劑原料，以高週波感應熔解爐在Ar氣氛保護下熔解，經除氣、除渣後，熔湯鑄入豎型直接激冷式(Vertical Direct Chill Type)連鑄機製作8"之圓柱狀Al-Si-Mg-Cu-Mn-X合金錠後，再使用熱擠型機，以擠製比40：1、約400℃高溫下將圓柱狀合金錠擠製成直徑22mm、長度1000mm之棒材。再進行T6熱處理，熱處理程序先於530℃ x 1hr後水淬，再於175℃ x 8hrs退火處理，其實施例1~7、比較例8之成份及機械性質如第1~3表所示。

表一：實施例1~7及比較例8之試樣成份(wt%)表

本發明之鋁合金材料，是以比較例8之6061規格為基準，本發明中實施例7係以6061為基材再添加Sc元素，其擠製後抗拉強度為195MPa，較比較例8擠製後抗拉強度152MPa為佳，再經T6熱處理後實施例7試樣之抗拉強度可提昇至408MPa，較比較例8之6061試樣之抗拉強度318MPa增加28.3%。

實施例6係以6061為基材再多添加Mg、Cu、Mn含量，其擠製後抗拉強度為164MPa，較比較例8擠製後抗拉強度152MPa佳，再經T6熱處理後實施例7試樣之抗拉強度可提昇至342MPa，較比較例8之6061試樣之抗拉強度318MPa增加7.5%。

實施例5係以6061為基材再添加Zr、V元素，其擠製後抗拉強度為187MPa，較比較例8擠製後抗拉強度152MPa佳，再經T6熱處理後實施例5試樣之抗拉強度可提昇至401MPa，較比較例8之6061試樣之抗拉強度318MPa增加26.1%。

實施例2~4係以6061為基材再添加Zr、V、Mg、Cu、Mn元素，其擠製後抗拉強度分別為205MPa、217MPa、及192MPa，均較比較例8抗拉強度152MPa佳，再經T6熱處理後抗拉強度提昇至438MPa、447MPa、及410MPa，較比較例8之6061試樣之抗拉強度318MPa分別增加37.7%、40.6%、及28.9%，其中實施例2~4之抗拉強度相異原因，是添加含強化相Cu、Mn量相異造成。

實施例1係以6061為基材再添加Sc、Zr、Mg、Cu、Mn元素，其擠製後抗拉強度為230MPa，較比較例8抗拉強度152MPa佳，再經T6熱處理後抗拉強度提昇至450MPa，較比較例8之6061試樣之抗拉強度318MPa增加41.5%。又與實施例3試樣之抗拉強度447MPa相近。

上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。