一種Al-Mg系合金的液氮溫區(qū)冷加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在液氮溫區(qū)進(jìn)行冷乳的加工工藝， 制備出低溫下綜合力學(xué)性能優(yōu)異的鋁合金板材。 技術(shù)背景：
[0002] 熱乳工藝能夠使鑄造狀態(tài)下的粗大晶粒破碎，減少或消除鑄造缺陷，將鑄態(tài)組織 轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃谓M織，從而提高合金的加工性能；但是熱乳制品的組織和性能不夠均勻、產(chǎn)品的 厚度尺寸也較難控制。
[0003] 深冷處理加工工藝可有效提高鋼鐵材料、非鐵金屬及復(fù)合材料的力學(xué)性能和使用 壽命、穩(wěn)定尺寸、改善均勻性、不破壞工件、成本低。目前，深冷處理技術(shù)已在工模具鋼等鋼 鐵金屬材料中得到一定應(yīng)用，且成效顯著，但對(duì)鋁合金等非鐵金屬材料深冷處理的機(jī)理研 究與應(yīng)用相對(duì)較少。
[0004] 日本鋼鐵工程匯報(bào)有期刊指出工業(yè)常用的幾種鋁合金板材在低溫下的拉伸性能 變化規(guī)律，隨著溫度的降低，鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率都有所提高，鋁合 金也因此具有更廣泛的低溫應(yīng)用前景。
[0005] 工業(yè)上常以5083鋁合金板材為初始材料，將其在510°C溫度下固溶處理2h后迅速 水淬，得到中間板材，然后對(duì)中間板材進(jìn)行冷乳加工。通過(guò)冷乳制備出的材料具有優(yōu)異的抗 拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率，但是其沖擊功有明顯的降低。根據(jù)Woongsuppark等的研究， 在2931(、2231(、1531(、1331(和1111(445083鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷面收縮率都隨 著溫度的降低而提高。
[0006] 已有大量研究表明在純鋁和Al-Mg合金中加入Er元素能夠顯著細(xì)化鑄態(tài)晶粒尺 寸，而且納米級(jí)的Al3Er粒子能夠釘扎位錯(cuò)和亞晶界，從而提高鋁合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫 度。
[0007] 因此，本專利以微合金化的Al-Mg合金作為初始原料，結(jié)合熱乳和深冷處理加工 工藝的優(yōu)勢(shì)制備出低溫下綜合性能優(yōu)異的鋁合金是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008] 本發(fā)明的目的在于以微合金化的Al-Mg合金為原材料，結(jié)合熱乳與冷乳加工工藝 來(lái)制備出低溫綜合力學(xué)性能優(yōu)異的鋁合金。
[0009] 本發(fā)明是通過(guò)采用一種在液氮溫區(qū)的冷加工工藝來(lái)制備出低溫下綜合性能優(yōu)異 的鋁合金板材。通過(guò)對(duì)一種含鉺的鋁鎂合金熱乳板進(jìn)行冷乳，再將最終乳板在室溫下和液 氮溫度下的拉伸測(cè)試性能和沖擊測(cè)試性能的測(cè)試值進(jìn)行比較，得到一種低溫綜合力學(xué)性能 優(yōu)異的鋁合金材料。
[0010] -種高強(qiáng)鋁鎂合金的液氮溫區(qū)冷加工工藝，該鋁合金鑄錠的重量百分含量為：Mg， 5. 9% -6. 2% ;Μη，0· 3% -0· 6%;Zn0· 6% -0· 9% ;Zr，0. 1% -0· 2% ;Er，0. 1% -0· 3% ;不 可避免雜質(zhì)< 0. 5%，余量為A1 ;其特征在于，其制備過(guò)程包括以下步驟：
[0011] (1)對(duì)于該含Er鋁合金板材，將其鑄態(tài)合金在470±20°C保溫20h，然后在溫度 410 ± 20°C下熱乳，壓下量為90 %，空冷至室溫，熱乳板的優(yōu)選厚度10mm;
[0012] (2)往保溫箱里倒入足量的液氮，將步驟（1)中空冷至室溫所得的熱乳板完全浸 沒(méi)在液氮中使板材冷卻至液氮溫度；
[0013] (3)迅速?gòu)谋叵渲腥〕隼鋮s至液氮溫度的乳板進(jìn)行冷乳，每完成一個(gè)道次就 立即將乳板放入裝滿液氮的保溫箱浸泡使之再次冷卻到液氮溫度，每道次的壓下量為 10 % -15 %，最終冷乳板的厚度為4_，最后的總壓下量為60 %。
[0014]本發(fā)明具有以下效果：
[0015] 冷乳后的Al-Mg合金在低溫下不僅具有很高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，其斷面收縮 率也比較好；雖然冷乳板的沖擊功不高，但它在液氮溫度下的沖擊功相比于室溫下要有明 顯提尚。
[0016] 在液氮溫度下，合金所涉及的的冷加工工藝所制備出的板材比室溫下具有更高的 抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷面伸長(zhǎng)率。在液氮溫區(qū)冷乳后的合金板材不僅具有良好的強(qiáng)度和 塑性，而且隨著溫度的降低其沖擊韌性也會(huì)有明顯的提高，這對(duì)該鋁合金板材在低溫下的 實(shí)際應(yīng)用是具有現(xiàn)實(shí)意義的。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0018] 實(shí)施例
[0019] 該鋁合金板材的重量百分含量為：Mg，5.9% -6.2% ;Mn，0.3% -0.6% ;Zn， 0· 6% -0· 9% ;Zr，0. 1% -0· 2% ;Er，0. 1% -0· 3% ;不可避免雜質(zhì)彡 0· 5%，余量為A1。其 特征在于，包括以下步驟：
[0020] (1)對(duì)于該含Er鋁合金板材，將其鑄態(tài)合金在470±20°C保溫20h，然后在溫度 410 ± 20°C下熱乳，壓下量為90 %，空冷至室溫，厚度10mm，狀態(tài)記為H112。
[0021] (2)將步驟（1)所得的熱乳板完全浸沒(méi)在裝滿液氮的保溫箱中一段時(shí)間，使板材 冷卻至液氮溫度，再迅速?gòu)囊旱腥〕隼鋮s后的乳板在室溫下進(jìn)行冷乳，每一道次的壓下 量為10% -15%，每完成一個(gè)道次就迅速將乳板放回裝滿液氮的保溫箱里再次冷卻至液氮 溫度，最后所得板材厚度為4_，最終總壓下量為60%。
[0022] 對(duì)比例1
[0023] 將中間乳板（即初始熱乳板H112態(tài)）作為對(duì)比例1和實(shí)施例進(jìn)行比較。對(duì)比例 1即為：將鑄錠原材料在470±20°C保溫20h，均勻化退火，然后在溫度410±20°C下熱乳，壓 下量為90%，空冷至室溫，其厚度10mm。
[0024] 對(duì)比例2
[0025] 將對(duì)比例1 (即初始熱乳板H112態(tài)）沿乳向溫乳，其中溫乳加工溫度為 250 ± 20°C，最終厚度為4mm，總壓下量為60 %。
[0026] 對(duì)比例3
[0027] 將對(duì)比例1 (即初始熱乳板H112態(tài)）先沿乳向溫乳，再沿垂直于乳向方向進(jìn)行交 叉溫乳。其中溫乳加工溫度為250 ± 20°C，最終厚度為4mm，沿乳向溫乳的壓下量為30 %，垂 直于乳向乳制的壓下量為40 % -45 %，總壓下量為60 % ;
[0028] 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
[0029] 將實(shí)施例、對(duì)比例1、對(duì)比例2和對(duì)比例3這四種最終板材按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沿乳向加 工成厚度為4mm的拉伸試樣和夏比V型缺口沖擊試樣。拉伸測(cè)試在MTS-SANSCMT5000系 列微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率2mm/min;沖擊測(cè)試在SUNSPTM1200擺錘式 沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。拉伸測(cè)試和沖擊測(cè)試的測(cè)試溫度為293K和77K，溫度誤差±5K，其中 測(cè)試溫度77Κ采用將試樣完全浸入液氮獲得。拉伸測(cè)試結(jié)果列于表1，沖擊測(cè)試結(jié)果列于表 2,其中每個(gè)數(shù)值均為同條件下3個(gè)試樣測(cè)試值的平均值。
[0030] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0031 ] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表1及表2.
[0032] 表1.鋁鎂鉺合金的拉伸性能
[0033]
[0034] 表2.鋁鎂鉺合金的沖擊性能
[0035]
[0036」田衣iη」知，個(gè)論仕至Μ迕定mMM
皮卜，對(duì)比例U即忉妬熱禮懨Hi以念j的抗 拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)低于實(shí)施例，其中在室溫下實(shí)施例的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度要比同狀態(tài) 下對(duì)比例1分別高出42. 46%和141. 53%，在液氮溫度下實(shí)施例的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度要 比同狀態(tài)下的對(duì)比例1分別高出39. 82%和150% ;雖然對(duì)比例1的延伸率仍然高于實(shí)施 例，但是對(duì)比例1在液氮溫度下比室溫下延伸率的提高幅度卻要低于實(shí)施例。對(duì)比例2和 對(duì)比例3的拉伸性能相近，在室溫狀態(tài)下，對(duì)比例2與對(duì)比例3的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都顯 著低于實(shí)施例；雖然對(duì)比例2和對(duì)比例3的延伸率要高于同狀態(tài)下的實(shí)施例，但是在液氮溫 度下，實(shí)施例的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率都是高于對(duì)比例2與對(duì)比例3的。
[0037] 由表2可知，在室溫和液氮溫度下，雖然對(duì)比例1的沖擊功要明顯高于實(shí)施例，但 是對(duì)比例1在液氮溫度下的沖擊功要比室溫狀態(tài)下的降低了 23. 59%。就實(shí)施例而言，隨 著溫度的降低，其沖擊功不降反增，液氮溫度下的沖擊功相比室溫下要提高19. 10%。對(duì)比 例2和對(duì)比例3的沖擊性能相近，雖然它們?cè)谑覝叵碌臎_擊功測(cè)試值要高于實(shí)施例，但是在 液氮溫度下，實(shí)施例的沖擊功卻要明顯高于對(duì)比例2與對(duì)比例3的。對(duì)于對(duì)比例1、對(duì)比例 2和對(duì)比例3來(lái)說(shuō)，它們的沖擊功是隨溫度的降低而顯著降低的，然而只有實(shí)施例在液氮溫 度下的沖擊功要明顯高于室溫狀態(tài)的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Al-Mg系合金的液氮溫區(qū)冷加工工藝，該鋁合金板材的重量百分含量為：Mg， 5. 9% -6. 2% ;Μη，0· 3% -0· 6%;Zn0· 6% -0· 9% ;Zr，0. 1% -0· 2% ;Er，0. 1% -0· 3% ;不 可避免雜質(zhì)< 0. 5%，余量為A1 ;其特征在于，其制備過(guò)程包括以下步驟： (1) 對(duì)于該含Er鋁合金板材，將其鑄態(tài)合金在470±20°C保溫20h，然后在溫度 410±20°C下熱乳，壓下量為90%，空冷至室溫； (2) 往保溫箱里倒入足量的液氮，將步驟（1)中空冷至室溫所得的熱乳板完全浸沒(méi)在 液氮中使板材冷卻至液氮溫度； (3) 迅速?gòu)谋叵渲腥〕隼鋮s至液氮溫度的乳板進(jìn)行冷乳，每完成一個(gè)道次就立 即將乳板放入裝滿液氮的保溫箱浸泡使之再次冷卻到液氮溫度，每道次的壓下量為 10% -15%，最后的總壓下量為60%。2. 按照權(quán)利要求1的一種Al-Mg系合金的液氮溫區(qū)冷加工工藝，其特征在于，經(jīng)過(guò)步 驟⑴熱乳處理后的鋁合金板材厚度優(yōu)選為l〇mm，經(jīng)步驟（3)加工后所得乳板的最終厚度 為 4mm〇3. 按照權(quán)利要求1和2的液氮溫區(qū)冷加工工藝來(lái)制備低溫綜合性能優(yōu)異的Al-Mg系合 金。
【專利摘要】一種Al-Mg系合金的液氮溫區(qū)冷加工工藝，屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域。初始的含Er鋁鎂合金鑄錠在溫度為410±20℃下熱軋，壓下量達(dá)90％，空冷至室溫，得到中間軋板，再將該中間軋板進(jìn)行低溫軋制。而低溫冷軋則是將中間熱軋板浸沒(méi)在液氮里半小時(shí)左右使其冷卻至液氮溫度，然后迅速取出在室溫下沿軋向冷軋，每完成一個(gè)道次即刻將軋板放入液氮中冷卻，每一道次的壓下量為10％-15％，總壓下量為60％。最后將冷軋板分別在室溫和液氮溫度下進(jìn)行拉伸測(cè)試和沖擊測(cè)試，它在液氮溫區(qū)下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率都要明顯高于室溫，在液氮溫度下的沖擊功要比室溫狀態(tài)下更高。這種制備工藝既能夠明顯提高該合金在低溫下的強(qiáng)度，還能夠保證一定的低溫延伸率，得到一種低溫綜合性能優(yōu)異的鋁合金材料。
【IPC分類】C22C21/06, C22F1/047
【公開(kāi)號(hào)】CN105349925
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510869306
【發(fā)明人】王為, 周欣, 黃暉, 聶祚仁, 高坤元, 文勝平, 吳曉藍(lán)
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日