一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺

摘要

本发明公开了一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，该工艺包含：(1)将铝合金板材试样在300～400℃热处理，保温退火，冷却以消除板料的残余应力；或将铝合金板材试样在500～600℃下固溶处理，然后梯度降温冷却，形成过饱和固溶体；(2)对经过退火处理或固溶处理的板料实施横向振动轧制，轧制温度为80～120℃，每道次轧制的下压率为35～45％，轧制次数为3～6次，轧辊横向振动频率为4～7Hz，振幅为0～3mm；(3)对经过振幅横向振动轧制的板材在100～200℃退火处理，退火时间为0～200min。本发明的工艺能够提高材料的屈服强度和抗拉强度。

权利要求

1.一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，该工艺包含：（1）将铝合金板材在300 400℃热处理，保温退火，冷却以消除铝合金板材的残余应力；

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或将铝合金板材在500 600℃下固溶处理，然后梯度降温冷却，形成过饱和固溶体；所述梯~度降温冷却先在150 170℃冷却，然后在室温冷却；

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（2）对经过退火处理或固溶处理的铝合金板材实施横向振动轧制，轧制温度为80 120~℃，每道次轧制的下压率为35 45％，轧制次数为3 6次，轧辊横向振动频率为4 7Hz，振幅为~ ~ ~

0 3 mm；

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（3）对经过横向振动轧制的铝合金板材在100 200℃退火处理，退火时间为0 200min。

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2.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，在步骤（1）中，所述的保温退火时间为1 2h。

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3.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，在步骤（2）中，对经过退火处理的铝合金板材，轧制温度为80 120℃，每道次轧制的下压率为35~ ~

45％，轧制次数为3 5次，轧辊横向振动频率为4 6Hz，振幅为0 3 mm。

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4.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，所述振幅为0 mm、0.5 mm、1 mm、1.5 mm、2 mm、2.5 mm或3 mm。

5.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，在步骤（3）中，对经过退火处理的铝合金板材，经过横向振动轧制后在150 200℃下实施退火处理，~退火时间为0 200min。

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6.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，在步骤（1）中，将铝合金板材在500 600℃下固溶处理2 3h。

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7.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，所述经过固溶后的铝合金板材在150 170℃硅油浴冷却，然后在室温水中冷却至室温，形成过饱和固~溶体。

8.根据权利要求7所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，所述硅油浴冷却时间为8 12s。

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9.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，在步骤（2）中，对经过固溶处理的铝合金板材，轧制温度为90 110℃，每道次轧制的下压率为37~ ~

42％，轧制次数为3 6次，轧辊横向振动频率为4 7Hz，振幅为0 2.5 mm。

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10.根据权利要求1所述的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，其特征在于，在步骤（3）中，对经过固溶处理的铝合金板材，经过横向振动轧制后在100 160℃下实施退火处理，~退火时间为0 18min。

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说明书

一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铝合金板轧制工艺，具体涉及一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺。

背景技术

[0002] 研发节能交通工具来减少能源消耗和空气污染，这对汽车行业来说是一个挑战。通过减轻汽车结构材料的重量来提高燃料效率并减少车辆排放变得更加重要。因此，轻质结构材料的推广应用已成为必然。

[0003] 铝的特性具有高强度刚度重量比、良好的成形性、良好的耐腐蚀性和再循环利用前景，将铝合金广泛应用于制造汽车和航空航天设备中的轻质结构件，可能将减轻设备重量、提高燃油经济性。在车辆面板中用铝合金代替常规钢和铸铁成为一种趋势。根据经验，10％的重量减少相当于燃油经济性提高5.5％。据估计，10％的车辆重量减轻会引起8～
10％的燃油经济性改善。

[0004] 通常，将高成形性能的5系合金用于车内板材成形件，将可热处理的6系合金用于车外板材成形件。传统的板材的单道次轧制效率较低，需要多道次轧制、费时费力、经济性差；轧制后晶粒细化不均匀，导致合金的屈服强度及抗拉强度较低，这限制了铝合金的推广应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，该工艺解决了传统工艺轧制后晶粒细化不均匀的问题，能够提高材料的屈服强度和抗拉强度。

[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，该工艺包含：

[0007] (1)将铝合金板材试样在300～400℃热处理，保温退火，冷却以消除板料的残余应力；或将铝合金板材试样在500～600℃下固溶处理，然后梯度降温冷却，形成过饱和固溶体；所述梯度降温先在150～170℃冷却，然后在室温冷却；

[0008] (2)对经过退火处理或固溶处理的板料实施横向振动轧制，轧制温度为80～120℃，每道次轧制的下压率为35～45％，轧制次数为3～6次，轧辊横向振动频率为4～7Hz，振幅为0～3mm；

[0009] (3)对经过振幅横向振动轧制的板材在100～200℃退火处理，退火时间为0～200min。

[0010] 优选地，在步骤(1)中，所述的保温退火1～2h。

[0011] 优选地，在步骤(2)中，对经过退火处理的板料，轧制温度为80～120℃，每道次轧制的下压率为35～45％，轧制次数为3～5次，轧辊横向振动频率为4～6Hz，振幅为0～3mm。

[0012] 优选地，所述振幅为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。

[0013] 优选地，在步骤(3)中，对经过退火处理的板料，经过振幅横向振动轧制后在150～200℃下实施退火处理，退火时间为0～200min。

[0014] 优选地，在步骤(1)中，将铝合金板材试样在500～600℃下固溶处理2～3h。

[0015] 优选地，在步骤(1)中，所述梯度降温冷却为通过将经过固溶后的板材在150～170℃冷却，然后在室温冷却，形成过饱和固溶体。

[0016] 优选地，所述经过固溶后的板材在150～170℃硅油浴冷却，然后在室温水中冷却至室温，形成过饱和固溶体。

[0017] 优选地，所述硅油浴冷却时间为8～12s。

[0018] 优选地，在步骤(2)中，对经过固溶处理的板料，轧制温度为90～110℃，每道次轧制的下压率为37～42％，轧制次数为3～6次，下辊横向振动频率为4～7Hz，振幅分别为0～2.5mm。

[0019] 优选地，在步骤(3)中，对经过固溶处理的板料，经过振幅横向振动轧制后在100～160℃下实施退火处理，退火时间为0～18min。

[0020] 本发明的高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，解决了传统工艺轧制后晶粒细化不均匀的问题，具有以下优点：

[0021] (1)本发明的轧制工艺，采用梯度降温冷，横向轧制，控制轧制幅度及后续退火温度，制备的板材的屈服强度和抗拉强度均得到提高；

[0022] (2)本发明的轧制工艺，采用梯度降温冷却，控制初始冷却的温度在150～170℃之间，避免了冷却时间太长以及容易晶粒变大的情况，提高了合金的力学性能；

[0023] (3)本发明的轧制工艺，采用硅油冷却，其具有冷却速度快、导热性好、耐300℃高温、高温下可重复使用、对金属无腐蚀、无毒、抗氧化好、闪点高、挥发性小、绝缘性好和表面张力小的优点；

[0024] (4)本发明的轧制工艺，采用硅油冷却，控制冷却时间，避免了时间长了效率低，冷却时间短了冷却淬火效果就变差；

[0025] (5)本发明的轧制工艺，控制轧制幅度，在横向轧制中组织内均存在线缺陷，随机缠结的位错，随着横向振幅增加，位错数量也增加，合金的硬化机制促使位错相互接合并随后发展成位错网络，衍射斑变化表明横向振动振幅超过2mm后会使合金出现动态回复，动态回复过程可促进金属晶粒变成等轴状，从而得到更好的强度和韧性；

[0026] (6)本发明的轧制工艺，控制下压率，下压率大了轧辊受力大容易变形，造成板材中间厚边缘薄；下压率太小了，被轧材料塑性变形不够，达到不到细化晶粒效果；

[0027] (7)本发明的轧制工艺，控制后续退火温度，不同退火温度下合金的性能不同，需要控制退火温度在100～200℃以获得高性能的合金。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施例1在1mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图。

[0029] 图2为本发明实施例2在0mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图。

[0030] 图3为本发明实施例3在2mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图。

[0031] 图4为本发明实施例4在3mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图。

[0032] 图5为实施例1制备的试样的力学性能图。

[0033] 图6为实施例5制备的试样的力学性能图。

[0034] 图7为本发明实施例6制备的试样的抗拉强度与振幅的关系曲线。

[0035] 图8为本发明实施例6中振幅为1.5mm的加工试样的抗拉强度和屈服强度在130℃下随时效时间的变化图。

具体实施方式

[0036] 下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺，该工艺包含：

[0038] (1)将铝合金板材试样在300～400℃热处理，保温退火，冷却以消除板料的残余应力；或将铝合金板材试样在500～600℃下固溶处理，然后梯度降温冷却，形成过饱和固溶体；

[0039] (2)对经过退火处理或固溶处理的板料实施横向振动轧制，轧制温度为80～120℃，每道次轧制的下压率为35～45％，轧制次数为3～6次，轧辊横向振动频率为4～7Hz，振幅为0～3mm；

[0040] (3)对经过振幅横向振动轧制的板材在100～200℃退火处理，退火时间为0～200min。

[0041] 在步骤(1)中，梯度降温冷却为通过将经过固溶后的板材在150～170℃冷却，然后在室温冷却，形成过饱和固溶体。在冷却温度低于150℃时需要的冷却时间太长，效率低，冷却温度高于170℃时容易使晶粒变大，会使合金的力学变差。如果不用梯度降温冷却只用室温冷却，达不到急冷效果，晶粒就会变大，会使合金力学性能变差。

[0042] 进一步地，在步骤(1)中，保温退火1～2h。

[0043] 进一步地，在步骤(2)中，对经过退火处理的板料，轧制温度为80～120℃，每道次轧制的下压率为35～45％，轧制次数为3～5次，轧辊横向振动频率为4～6Hz，振幅为0～3mm。

[0044] 进一步地，振幅为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。

[0045] 进一步地，在步骤(3)中，对经过退火处理的板料，经过振幅横向振动轧制后在150～200℃下实施退火处理，退火时间为0～200min。

[0046] 进一步地，在步骤(1)中，将铝合金板材试样在500～600℃下固溶处理2～3h。

[0047] 进一步地，经过固溶后的板材在150～170℃硅油浴冷却，然后在室温水中冷却至室温，形成过饱和固溶体。因硅油冷却速度快、导热性好、耐300℃高温、高温下可重复使用、对金属无腐蚀、无毒、抗氧化好、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小等优点，因此优选硅油进行冷却。硅油冷却的时间长了效率低，冷却时间短了冷却淬火效果就变差，因此冷却时间为8～12s。

[0048] 更进一步地，所述硅油浴冷却时间为8～12s。

[0049] 进一步地，在步骤(2)中，对经过固溶处理的板料，轧制温度为90～110℃，每道次轧制的下压率为37～42％，轧制次数为3～6次，下辊横向振动频率为4～7Hz，振幅分别为0～2.5mm。下压率大了轧辊受力大容易变形，造成板材中间厚边缘薄；下压率太小了，被轧材料塑性变形不够，达到不到细化晶粒效果。

[0050] 进一步地，在步骤(3)中，对经过固溶处理的板料，经过振幅横向振动轧制后在100～160℃下实施退火处理，退火时间为0～18min。

[0051] 以下结合实施例1～6对本发明提供的一种高性能铝合金板材横向振动轧制工艺进行详细说明。

[0052] 实施例1

[0053] 对AA5052合金材横向振动轧制工艺，AA5052合金的化学成分质量分数为0.09％Si、0.24％Fe、0.02％Cu、0.06％Mn、2.3％Mg、0.19％Cr和0.1％Zn，余量为Al，将其用剪板机切制成试样，轧制工艺具体如下：

[0054] (1)将AA5052合金试样放入到加热炉中，升温至350℃，保温退火处理1小时，然后随炉冷却至室温，以消除板料的残余应力，方便后续的横向振动轧制；

[0055] (2)对经过退火处理的板料实施横向振动轧制，轧制温度设定为100℃，每道次轧制的下压率为40％，轧制4次，下辊横向振动频率为5Hz，4道次轧制振幅选用1mm，横向振动轧制总厚度减小87％；

[0056] (3)对经过1mm振幅横向振动轧制的Al合金板料在150℃下实施退火处理，得到高性能的AA5052合金，然后根据ASTM标准加工成标距为30mm的拉伸试样。

[0057] 实施例2

[0058] 实施例2对AA5052合金材横向振动轧制工艺与实施例1基本相同，区别在于在步骤(2)中4道次轧制振幅选用0mm。

[0059] 实施例3

[0060] 实施例3对AA5052合金材横向振动轧制工艺与实施例1基本相同，区别在于在步骤(2)中4道次轧制振幅选用2mm。

[0061] 实施例4

[0062] 实施例4对AA5052合金材横向振动轧制工艺与实施例1基本相同，区别在于在步骤(2)中4道次轧制振幅选用3mm。

[0063] 实施例1～4在不同振幅轧制下的加工试样的结果，具体如下：

[0064] 如图1所示，为本发明实施例1在1mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图，如图2所示，为本发明实施例2在0mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图，如图3所示，为本发明实施例3在2mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图，如图4所示，为本发明实施例4在3mm振幅下横向振动轧制加工试样的显微组织图，从图1～4可以看出，组织内均存在线缺陷，随机缠结的位错，随着横向振幅增加，位错数量也增加，合金的硬化机制促使位错相互接合并随后发展成位错网络，衍射斑变化表明横向振动振幅超过2mm后会使合金出现动态回复，动态回复过程可促进金属晶粒变成等轴状，从而得到更好的强度和韧性。

[0065] 实施例5

[0066] 实施例5对AA5052合金材横向振动轧制工艺与实施例1基本相同，区别在于在步骤(3)中于200℃下实施退火处理。

[0067] 实施例1和5制备的材料的力学性能结果：

[0068] 实施例1中AA5052合金经100℃-5Hz-1mm横向振动轧制后屈服强度达到369MPa，比商用5052-H32铝合金高出181MPa。

[0069] 在室温下以6.7×10-4s-1的初始应变速率进行拉伸试验，如图5所示，为实施例1制备的试样的力学性能图，如图6所示，为实施例5制备的试样的力学性能图，从图5和6可以看出，横向振动轧制后的5052铝合金板材，分别经150℃和200℃退火处理后屈服强度分别达到324MPa和302MPa，是普通商用5052-H32铝合金退火处理后的屈服强度188MPa的1.5倍左右。横向振动轧制后的5052铝合金板材，经150℃和200℃退火处理的试样伸长率分别达到5％和8％。

[0070] 实施例6

[0071] 对AA6061合金材横向振动轧制工艺，AA6061合金化学成分质量分数为0.63％Si、0.44％Fe、0.25％Cu、0.09％Mn、0.95％Mg、0.2％Cr、0.07％Zn、0.004％Ni和0.02％Ti，余量为Al，利用剪板机切制成试样，轧制工艺具体如下：

[0072] (1)利用加热炉将合金试样在560℃下固溶处理2.5小时，然后将板料在放入160℃的硅油，利用硅油浴冷却10秒，再在放入室温水中冷却至室温，以便形成过饱和固溶体；

[0073] (2)沿着固溶处理板料的长边进行横向振动轧制加工，温度设定为100℃，每道次轧制的下压率为40％，轧制4次，下辊横向振动频率为5Hz，振幅分别为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm和2.5mm，横向振动轧制总厚度减小87％；

[0074] (3)对经横向振动轧制加工后的合金板料，立即进行时效处理，时效处理温度为130℃，时效处理时间为0～18min，得到高性能的AA6061合金，然后根据ASTM标准将合金板料加工成标距为30mm的拉伸试样。

[0075] 实施例6制备的材料的力学性能结果：

[0076] 如图7所示，为本发明实施例6制备的试样的抗拉强度与振幅的关系曲线，从图中可以看出，横向振幅为0所轧制的合金屈服强度约为380MPa，明显高于6061-T6的室温屈服强度(约277.5MPa)，随着轧制过程中横向振幅由0增大到1.5mm，试样的屈服强度由380MPa增大至450MPa。当轧制幅度从1.5增加到2.5mm时，试样的屈服强度从450MPa下降到约420MPa。

[0077] 在室温下以6.7×10-4s-1的初始应变速率进行拉伸试验，如图8所示，为本发明实施例6中振幅为1.5mm的加工试样的抗拉强度和屈服强度在130℃下随时效时间的变化图，从图中可以看出，在130℃处理约12min时获得最大屈服强度480MP和最大抗拉强度491MPa。

[0078] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。