一种软/硬/软多层防护用板材及其制造方法，本发明涉及多层防护用板材制造领域。本发明要解决现有单层合金板材存在常规力学性能低、焊接性能差及材料抗弹性能弱的技术问题。一种软/硬/软多层防护用板材，为A/B/C/B/A五层铝板结构，其中A/B/C/B/A的各层厚度比例为：(10～15)∶(0.8～1.5)∶(70～80)∶(0.8～1.5)∶(10～15)。方法：一、制备A层铸锭；二、制备B层铸锭；三、制备C层铸锭；四、热轧包覆板；五、焊合，轧制A/B双层金属板材；六、覆合轧制多层金属A/B/C/B/A板材；七、淬火；矫直，时效。本发明产品进行热处理制度优化，使得板材的常规力学性能、焊接性能及材料抗弹性能均优于单层合金。具有良好的焊接性能。本发明用于制备软/硬/软多层防护用板材。
1.一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于：该软/硬/软多层防护用板材为A/B/C/B/A五层铝板结构，其中A/B/C/B/A的各层厚度比例为：(10～15)∶(0.8～1.5)∶(70～80)∶(0.8～1.5)∶(10～15)；其中A层中各元素重量百分含量为0％～0.35％的Cu、0.20％～
0.7％的Mn、1.0％～2.0％的Mg、4.0％～5.0％的Zn和余量的Al；B层中各元素重量百分含量为0.9％～1.3％的Zn和余量的Al；C层中各元素重量百分含量为2.0％～2.6％的Cu、1.9％～2.6％的Mg、5.7％～6.7％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al，其中A层作为软层，C层作为硬层，B层作为粘合层；
所述的一种软/硬/软多层防护用板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
一、按照A层中各元素重量百分含量为0％～0.35％的Cu、0.20％～0.7％的Mn、1.0％～
2.0％的Mg、4.0％～5.0％的Zn和余量的Al，称取铝锭、Zn锭、Mg锭、Al-Cu中间合金和Al-Mn中间合金，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～720℃的条件下铸造，在温度为440℃～480℃的条件下进行均匀化退火，得到A层铸锭；
二、按照重量百分含量：0.9％～1.3％的Zn和余量的Al，称取铝锭和Zn锭，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～730℃的条件下铸造成B层铸锭；
三、按照重量百分含量：2.0％～2.6％的Cu、1.9％～2.6％的Mg、5.7％～6.7％的Zn、
0.01％的Ti和余量的Al，称取铝锭、Zn锭、Mg锭、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～720℃的条件下铸造，然后在温度为440℃～480℃的条件下进行均匀化退火，得到C层铸锭；
四、将步骤二获得的B层铸锭的两侧进行均匀铣面，在温度为350℃～420℃条件下热轧至厚度为10mm～15mm的包覆板；
五、将步骤四获得包覆板进行蚀洗，然后将包覆板单面覆盖在步骤一得到的A层铸锭上进行焊合，得到A/B双层金属，然后在温度为380℃～440℃条件下进行轧制覆合，得到厚度为25mm～40mm的A/B双层金属板材；
六、将步骤三获得的C层铸锭的两侧进行均匀铣面，将步骤五获得的A/B双层金属板材蚀洗，然后将两块A/B双层金属板材的金属B面分别覆盖在C层铸锭的两侧，进行焊合，然后在温度为380℃～440℃条件下进行轧制覆合，轧至厚度为18mm～35mm的多层金属A/B/C/B/A板材；
七、将步骤六获得的多层金属A/B/C/B/A板材加热至温度为470℃，保温40min～70min，然后在40s内浸入温度为15℃～30℃的水中进行淬火；在变形率为1％～3％的条件下进行矫直，再加热到温度为160℃～180℃，保温14h～18h进行时效，得到一种软/硬/软多层防护用板材。
2.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤一所述A层铸锭按照重量百分含量由0.13％的Cu、0.30％的Mn、1.3％的Mg、0.17％的Cr、4.49％的Zn和余量的Al进行配料，熔炼铸造而成，铸造的厚度为420mm；其中Al元素采用铝锭形式加入，铝锭的品位为99.95％。
3.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤二所述B层铸锭按照重量百分含量由1.15％的Zn和余量的Al进行配料，熔炼铸造而成，铸造厚度为
300mm；其中Al元素采用铝锭形式加入，铝锭的品位为99.95％。
4.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤三所述C层铸锭按照重量百分含量由2.23％的Cu、2.29％的Mg、6.35％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al进行配料，熔炼铸造而成，铸造厚度为420mm；其中Al元素采用铝锭形式加入，铝锭的品位为
5.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤四中在温度为400℃条件下热轧至厚度为12.5mm的包覆板。
6.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤五中轧制厚度为32mm的A/B双层金属板。
7.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤六中在温度为410℃条件下进行轧制覆合，轧至厚度为30mm的多层金属A/B/C/B/A板材。
8.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤七中在变形率为2％的条件下进行矫直。
9.根据权利要求1所述的一种软/硬/软多层防护用板材，其特征在于步骤七中加热到温度为175℃，保温17h进行时效。
一种软/硬/软多层防护用板材及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及多层防护用板材制造领域。
背景技术
[0002] 早在上世纪六、七十年代，美国就开始研制由两种硬度的铝合金复合而成的双层防护铝合金材料。我国直到21世纪后，才发展出以7A52铝合金为代表的轻合金防护材料。
[0003] 经过十余年的应用，7A52铝合金已经暴露出防护性能低的弱点，结合国家发展规划需求，自“十五”以来，我国开展了《叠层轻合金材料技术》专题研究，虽然在叠层防护用领域取得了长足的进步，但对防护防护用的设计与制造仍存在诸如复合结构单一，层间结构设计理论基础较为薄弱，产品尺寸规格较小等许多的问题。本发明就是在此背景下，通过一种新型的叠层设计，从不同层的材料选择到叠层配比的优化，制备出一种新型软/硬/软多层防护用板材料，并满足车辆使用。
发明内容
[0004] 本发明要解决现有单层合金板材存在常规力学性能低、焊接性能差及材料抗弹性能弱的技术问题，而提供一种软/硬/软多层防护用板材及其制造方法。
[0005] 一种软/硬/软多层防护用板材为A/B/C/B/A五层铝板结构，其中A/B/C/B/A的各层厚度比例为：(10～15)∶(0.8～1.5)∶(70～80)∶(0.8～1.5)∶(10～15)；
[0006] 其中A层中各元素重量百分含量为0％～0.35％的Cu、0.20％～0.7％的Mn、1.0％～2.0％的Mg、4.0％～5.0％的Zn和余量的Al；B层中各元素重量百分含量为0.9％～1.3％的Zn和余量的Al；C层中各元素重量百分含量为2.0％～2.6％的Cu、1.9％～2.6％的Mg、5.7％～6.7％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al。
[0007] 其中A层作为软层，C层作为硬层，B层作为粘合层。
[0008] 所述的一种软/硬/软多层防护用板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
[0009] 一、按照A层中各元素重量百分含量为0％～0.35％的Cu、0.20％～0.7％的Mn、1.0％～2.0％的Mg、4.0％～5.0％的Zn和余量的Al，称取铝锭、Zn锭、Mg锭、Al-Cu中间合金和Al-Mn中间合金，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～720℃的条件下铸造，在温度为440℃～480℃的条件下进行均匀化退火，得到A层铸锭；
[0010] 二、按照重量百分含量：0.9％～1.3％的Zn和余量的Al，称取铝锭和Zn锭，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～730℃的条件下铸造成B层铸锭；
[0011] 三、按照重量百分含量：2.0％～2.6％的Cu、1.9％～2.6％的Mg、5.7％～6.7％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al，称取铝锭、Zn锭、Mg锭、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～720℃的条件下铸造，然后在温度为440℃～480℃的条件下进行均匀化退火，得到C层铸锭；
[0012] 四、将步骤二获得的B层铸锭的两侧进行均匀铣面，在温度为350℃～420℃条件下热轧至厚度为10mm～15mm的包覆板；
[0013] 五、将步骤四获得包覆板进行蚀洗，然后将包覆板单面覆盖在步骤一得到的A层铸锭上进行焊合，得到A/B双层金属，然后在温度为380℃～440℃条件下进行轧制覆合，得到厚度为25mm～40mm的A/B双层金属板材；
[0014] 六、将步骤三获得的C层铸锭的两侧进行均匀铣面，将步骤五获得的A/B双层金属板材蚀洗，然后将两块A/B双层金属板材的金属B面分别覆盖在C层铸锭的两侧，进行焊合，然后在温度为380℃～440℃条件下进行轧制覆合，轧至厚度为18mm～35mm的多层金属A/B/C/B/A板材；
[0015] 七、将步骤六获得的多层金属A/B/C/B/A板材加热至温度为470℃，保温40min～70min，然后在40s内浸入温度为15℃～30℃的水中进行淬火；在变形率为1％～3％的条件下进行矫直，再加热到温度为160℃～180℃，保温14h～18h进行时效，得到一种软/硬/软多层防护用板材。
[0016] 其中，铝锭中存在杂质Si、Fe和Cr，按质量含量Si为0％～0.30％、Fe为0％～0.30％、的Cr为0％～0.30％，且Fe+Si＜0.45％。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 本发明通过优化叠层板材不同层的选材，优化板材不同层的叠层配比，并通过对叠层后的产品进行热处理制度优化，使得板材的常规力学性能、焊接性能及材料抗弹性能均优于单层合金。制备的叠层板材具有良好的焊接性能，面板与背板的结合强度(剪切强度)为103MPa-107MPa；按照GB/T 6519《变形铝及铝合金产品超声波检验方法》满足B级探伤要求；经弹道测试，采用7.62mm子弹侵彻30mm叠层板材，初始速度800m/s，贯穿后速度＜300m/s。
[0019] 本发明用于制备软/硬/软多层防护用板材。
具体实施方式
[0020] 本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
[0021] 具体实施方式一：本实施方式一种软/硬/软多层防护用板材为A/B/C/B/A五层铝板结构，其中A/B/C/B/A的各层厚度比例为：(10～15)∶(0.8～1.5)∶(70～80)∶(0.8～1.5)∶(10～15)；
[0022] 其中A层中各元素重量百分含量为0％～0.35％的Cu、0.20％～0.7％的Mn、1.0％～2.0％的Mg、4.0％～5.0％的Zn和余量的Al；B层中各元素重量百分含量为0.9％～1.3％的Zn和余量的Al；C层中各元素重量百分含量为2.0％～2.6％的Cu、1.9％～2.6％的Mg、5.7％～6.7％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al。
[0023] 具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种软/硬/软多层防护用板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
[0024] 一、按照A层中各元素重量百分含量为0％～0.35％的Cu、0.20％～0.7％的Mn、1.0％～2.0％的Mg、4.0％～5.0％的Zn和余量的Al，称取铝锭、Zn锭、Mg锭、Al-Cu中间合金和Al-Mn中间合金，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～720℃的条件下铸造，在温度为440℃～480℃的条件下进行均匀化退火，得到A层铸锭；
[0025] 二、按照重量百分含量：0.9％～1.3％的Zn和余量的Al，称取铝锭和Zn锭，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～730℃的条件下铸造成B层铸锭；
[0026] 三、按照重量百分含量：2.0％～2.6％的Cu、1.9％～2.6％的Mg、5.7％～6.7％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al，称取铝锭、Zn锭、Mg锭、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金，然后在温度为700℃～750℃的条件下熔炼，在温度为690℃～720℃的条件下铸造，然后在温度为440℃～480℃的条件下进行均匀化退火，得到C层铸锭；
[0027] 四、将步骤二获得的B层铸锭的两侧进行均匀铣面，在温度为350℃～420℃条件下热轧至厚度为10mm～15mm的包覆板；
[0028] 五、将步骤四获得包覆板进行蚀洗，然后将包覆板单面覆盖在步骤一得到的A层铸锭上进行焊合，得到A/B双层金属，然后在温度为380℃～440℃条件下进行轧制覆合，得到厚度为25mm～40mm的A/B双层金属板材；
[0029] 六、将步骤三获得的C层铸锭的两侧进行均匀铣面，将步骤五获得的A/B双层金属板材蚀洗，然后将两块A/B双层金属板材的金属B面分别覆盖在C层铸锭的两侧，进行焊合，然后在温度为380℃～440℃条件下进行轧制覆合，轧至厚度为18mm～35mm的多层金属A/B/C/B/A板材；
[0030] 七、将步骤六获得的多层金属A/B/C/B/A板材加热至温度为470℃，保温40min～70min，然后在40s内浸入温度为15℃～30℃的水中进行淬火；在变形率为1％～3％的条件下进行矫直，再加热到温度为160℃～180℃，保温14h～18h进行时效，得到一种软/硬/软多层防护用板材。
[0031] 其中，铝锭中存在杂质Si、Fe和Cr，按质量含量计Si为0％～0.30％、Fe为0％～0.30％、Cr为0％～0.30％，且Fe+Si＜0.45％。
[0032] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一所述A层铸锭按照重量百分含量由0.13％的Cu、0.30％的Mn、1.3％的Mg、0.17％的Cr、4.49％的Zn和余量的Al进行配料，熔炼铸造而成，铸造的厚度为420mm；其中Al元素采用铝锭形式加入，铝锭的品位为99.95％。其它与具体实施方式二相同。
[0033] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤二所述B层铸锭按照重量百分含量由1.15％的Zn和余量的Al进行配料，熔炼铸造而成，铸造厚度为300mm；其中Al元素采用铝锭形式加入，铝锭的品位为99.95％。其它与具体实施方式二或三相同。
[0034] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤三所述C层铸锭按照重量百分含量由2.23％的Cu、2.29％的Mg、6.35％的Zn、0.01％的Ti和余量的Al进行配料，熔炼铸造而成，铸造厚度为420mm；其中Al元素采用铝锭形式加入，铝锭的品位为99.95％。其它与具体实施方式二至四之一相同。
[0035] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤四中在温度为400℃条件下热轧至厚度为12.5mm的包覆板。其它与具体实施方式二至五之一相同。
[0036] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤五中轧制厚度为32mm的A/B双层金属板。其它与具体实施方式二至六之一相同。
[0037] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：步骤六中在温度为410℃条件下进行轧制覆合，轧至厚度为30mm的多层金属A/B/C/B/A板材。其它与具体实施方式二至七之一相同。
[0038] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤七中在变形率为2％的条件下进行矫直。其它与具体实施方式二至八之一相同。
[0039] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是：步骤七中加热到温度为175℃，保温17h进行时效。其它与具体实施方式二至九之一相同。
[0040] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0041] 实施例一：
[0042] 本实施例一种软/硬/软多层防护用板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
[0043] 一、按照重量百分含量：0.13％的Cu、0.30％的Mn、1.3％的Mg、0.17％的Cr、4.45％的Zn和余量的铝进行配料，然后在温度为720℃的条件下熔炼，在温度为700℃的条件下铸造，在温度为470℃的条件下进行均匀化退火，得到A层铸锭，厚度为420mm；
[0044] 二、按照重量百分比：1.15％的Zn和余量的铝进行配料，然后在温度为750℃的条件下熔炼，在温度为720℃的条件下铸造成B层铸锭，厚度为300mm；
[0045] 三、按照重量百分比：2.23％的Cu、2.29％的Mg、6.35％的Zn、0.01％的Ti和余量的铝进行配料，然后在温度为750℃的条件下熔炼，在温度为710℃的条件下铸造，然后在温度为470℃的条件下进行均匀化退火，得到C层铸锭，厚度为420mm；
[0046] 四、将步骤二获得的B层铸锭的两侧进行均匀铣面，在温度为400℃条件下热轧至厚度为12.5mm的包覆板；
[0047] 五、将步骤四获得包覆板进行蚀洗，然后将包覆板单面覆盖在步骤一得到的A层铸锭上进行焊合，得到A/B双层金属，然后在温度为420℃条件下进行轧制覆合，得到厚度为32mm的A/B双层金属板材；
[0048] 六、将步骤三获得的C层铸锭的两侧进行均匀铣面，将步骤五获得的A/B双层金属板材蚀洗，然后将两块A/B双层金属板材的金属B面分别覆盖在C层铸锭的两侧，进行焊合，然后在温度为410℃条件下进行轧制覆合，轧至厚度为30mm的多层金属A/B/C/B/A板材；
[0049] 七、将步骤六获得的多层金属A/B/C/B/A板材加热至温度为470℃，保温70min，然后在40s内浸入温度为30℃的水中进行淬火；在变形率为2％的条件下进行矫直，再加热到温度为175℃，保温17h进行时效，得到一种软/硬/软多层防护用板材。
[0050] 本实验制备的铝合金复合板材表面质量良好，能够满足GB/T 6519《变形铝及铝合金产品超声波检验方法》张B级探伤要求，面板与背板的结合强度(剪切强度)达到103MPa-107MPa，具有一定的抗弹性能，可以作为轻型防护用板材使用。
