一种高强度高热导率6系铝合金带材及其制备方法与流程

文档序号:15457751发布日期:2018-09-15 01:38

本发明属于有色金属技术领域,具体涉及一种高强度高热导率6系铝合金带材及其制备方法。



背景技术:

随着现代科学技术的发展,人们对智能手机、移动iPad、笔记本等电子产品的使用需求越来越大。同时,各种仪器设备、电子产品均在向智能化、微小化的趋势发展,希望材料越做越薄,以得到轻便、快捷的特点,便于人们的使用及携带;同时,智能手机及笔记本材料在使用过程中,由于无法将内部热量疏导至外部,易影响使用者的体验及设备寿命等,这势必要求发展具有高强度、低密度、高热传导率等综合性能的材料。铝合金具有优良的导热性、中等强度、低密度等优势,且铝是地壳中含量最大的金属,这为铝合金材料的发展提供了可能。

然而,目前铝合金材料的使用仍存在着不足之处,其主要体现在于热传导率与强度通常无法兼容。生产过程中,要么牺牲强度来保证高的热导率,要么牺牲热导率来保证高的强度,这限制了铝合金的发展与使用。例如:当前1系铝合金的热传导率最佳,热传导率最大可达到210W/(m·K),但强度最大只能在200MPa以下;5系甚至7系铝合金的强度最高,但其热传导率较差,一般在130W/(m·K)。

目前国内高强度高热导率6系铝合金带材均由国外进口,国内暂无该产品的生产方法及工艺。本发明提供了一种高强度高热导率6系铝合金带材及其生产方法,通过发展该技术,可获得具有高强度、高热传导率、优良成型性能的铝合金带材,打破国外技术的垄断。同时,用铝合金带材替代不锈钢板,在保证高强度条件下,可减轻重量、提高热导率及成型性能,使之能更广泛的应用于手机中板产品,提高客户体验满意度。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种具有较高强度、良好热传导和深冲性能且板形质量极佳的高强度高热导率6系铝合金带材及其制备方法。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种高强度高热导率6系铝合金带材,其成分按质量百分数计为:Si 0.20-0.55%、Fe 0.03-0.08%、Cu 0.01-0.10%、Mn 0.01-0.02%、Mg 0.40-0.80%、Cr 0.01-0.10%、Zn 0.01-0.02%和Ti 0.01-0.03%,余量为Al和不可避免的杂质。

所述高强度高热导率6系铝合金带材的制备方法,是以铝锭、铝中间合金锭、镁锭、锰剂为原料,经熔化、铸造、均热、热轧、冷轧、固溶、拉伸矫直、时效的步骤,制得所述高强度高强度高热导率6系铝合金带材;其各步骤具体操作如下:

1)将铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂按比例加入到熔炼炉中,在720-740℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后,将形成的铝液放入静置炉中静置1.5-2.0 h;

2)在690-710℃下,往铝液中添加20~80ppm晶粒细化剂,并经氩气精炼后,用半连续铸造法将精炼铝液铸造成铝合金扁铸锭;

3)将铝合金扁铸锭在450℃~500℃的保温炉内保温反应8~18 h,并在炉内自然冷却至120℃~150℃后,再在空气中自然冷却至室温;然后将扁铸锭经锯头尾、铣面后进入加热炉进行均热,均热温度为400-500℃,时间为8-10 h;

4)将出炉后的锭坯经热粗机轧成26-32mm厚的中间坯,然后控制单道次最大压下率为35%,以保证轧制质量,再通过精轧机连轧成6.0-9.0mm厚的热轧带材,精轧机的终轧温度为280-330℃;

5)将步骤4)得到的热轧带材进行冷粗轧,在轧制过程中合理安排每道次的变形量和总加工率,以保证冷轧轧过程的质量和在线板形,即每道次的总加工率控制在20-90%之间,最后一个轧制道次的压下率控制在10%~30%,最后一次轧制速度控制在200~400m/min,制得在线平直度≤12I的冷轧带材;

6)为了保证铝合金带材表面不出现色差,将冷轧带材送入固溶炉后在炉内充入氮气,以保证炉内氧气含量在800ppm以下;固溶处理的温度为340-540℃,处理2~4h后取出,并以50~80℃/s的冷却速度迅速冷却至常温,使其合金内部的化合物数量控制在10~20个/mm2,并确保单个化合物的长度≤10μm;

7)将步骤6)处理得到的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直,得到板形较好的带材;

8)为了保证铝合金带材最终的力学性能,将得到的带材经120~200℃保温时效处理2~24h,使之得到较高的强度。

为了改善铝带的显微组织及第二相粒子的分布形态和结构,提高铝合金带材的质量,步骤2)中所述晶粒细化剂为Al-5Ti-0.2B;所用氩气的纯度≥99.999%;所述半连续铸造法为低液位式半连续铸造法。

为了保证热轧过程的质量和效率,步骤4)热粗机轧制中间坯时,热粗轧乳液的浓度控制在3.5-5.0wt%,乳液灰分控制在600ppm以下;精压机连轧时,热精轧乳液的浓度控制在6.8-8.8wt%,乳液灰分控制在1100ppm以下。同时,为了确保成品化合物细小,数量少,热轧时通过将单道次最大压下率控制在35%,以破碎内部组织及晶粒。

为了保证铝合金带材的板形质量,步骤7)拉伸矫直过程中的拉伸率控制在0.3-0.5%,使带材板形平直度≤6I。

所得6系铝合金带材的屈服强度为270~300MPa,抗拉强度为300-330MPa,热导率达到190~210W/(m·K),延伸率≥8%。

本发明较现有技术的创新点在于:

①成分差别:本发明铝合金带材中Si、Fe含量低,Mg含量也很低,以确保得到高的热导率。

②熔铸夹渣及初始晶粒控制严格:本发明通过采用高纯度的氩气及细化剂的变质处理,先进的液位控制,确保减少铸锭内部夹渣及细小的初始晶粒。

③热轧工艺:本发明通过采用大压下量轧制,控制热轧带材的晶粒,使热轧带材内部的化合物破碎,便于后续小化合物的形成。

④本发明中确定的冷轧压下量、中间退火后的冷轧压下率对晶粒、组织、性能均有重要影响,尤其是最后一道次的压下率,必须按要求执行,否则将难以达到所需性能及板形要求。

⑤合理的热处理制度:本发明在确定固溶及时效工艺的基础上,通过控制固溶后的冷却速度,既保证成品性能,又保证高的热传导性能。

⑥矫直工艺:本发明通过控制极低的延伸率,以保证最终性能,便于客户最终成型。

⑦只有按照本发明的控制手段及相关参数,才能得到高强度、高热传导率并且板形优良的铝合金带材。

本发明通过对铁、硅、镁、锰、铬等合金元素的优化调整,在保证产品具有较高强度的同时提高其伸长率,并获得较高的热导率;通过优化熔铸、热轧、冷轧、固溶、拉矫等工艺,使成品表面质量好、板形平整、强度高、成型性能良好,并具有较高的热传导性能。本发明生产出的高强度高热导率6系铝合金带材的屈服强度达到270~300MPa,抗拉强度达到300-330MPa,延伸率≥8%,并且材料的热导率达到190~210W/(m·K)。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种高强度高热导率6系铝合金带材的成分按质量百分数计为:Si 0.35%、Fe 0.05%、Cu 0.03%、Mn 0.01%、Mg 0.45%、Cr 0.03%、Zn 0.01%、Ti 0.012%,余量为Al和不可避免的杂质。

所述高强度高热导率6系铝合金带材的制备方法按以下步骤:

1)将上述重量配比备好的纯铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂,加入到熔炼炉中,在720℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后,将形成的铝液放入静置炉中静置1.5 h;

2)在710℃下,往铝液中添加20ppm的Al-5Ti-0.2B晶粒细化剂,并充入纯度≥99.999%的氩气进行精炼后,用低液位式半连续铸造法将精炼铝液铸造成厚560mm×宽1300mm×长7000mm的铝合金扁铸锭;

3)将铝合金扁铸锭在450℃的保温炉内保温反应18 h,并在炉内自然冷却至120℃后,再在空气中自然冷却至室温;然后将扁铸锭经锯头尾、铣面后进入加热炉进行均热,均热温度为400℃,时间为10 h;

4)将出炉后的锭坯经热粗机轧成26mm厚的中间坯,然后控制单道次最大压下率为35%,以保证轧制质量,再通过精轧机连轧成6.5mm厚的热轧带材,为了保证热轧过程的质量和效率,热粗轧乳液的浓度控制在3.8wt%,乳液灰分控制在600ppm以下,热精轧乳液的浓度控制在7.0wt%,乳液灰分控制在1100ppm以下,精轧机的终轧温度为320℃;

5)将步骤4)得到的6.5mm厚的热轧带材进行冷粗轧至1.2mm厚带材,在轧制过程中合理安排每道次的变形量和总加工率,其总加工率控制在81.54%之间,最后一个轧制道次的压下率控制在12%,最后一道次的轧制速度为400m/min;

6)将1.2mm厚的冷轧带材送入固溶炉后,在炉内充入氮气,以保证炉内氧气含量在800ppm以下;固溶处理的温度为540℃,处理2h后取出,并以50℃/s的冷却速度迅速冷却至常温;

7)将冷却后的1.2mm厚的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直,拉伸率控制在0.4%,使带材板形平直度≤6 I;

8)将经过拉伸矫直的带材经120℃时效处理10h。

本实施例制得的高强度高热导率6系铝合金带材,其内部化合物数量为12个/mm2,化合物长度为6μm,屈服强度为280MPa,抗拉强度为310MPa,延伸率为10%,热传导性能好,热导率为195W/(m·K),带材板形平直度为5I。

实施例2

一种高强度高热导率6系铝合金带材的成分按质量百分数计为:Si 0.50%、Fe 0.03%、Cu 0.05%、Mn 0.02%、Mg 0.40%、Cr 0.01%、Zn 0.015%,Ti 0.03%,余量为Al和不可避免的杂质。

所述高强度高热导率6系铝合金带材的制备方法按以下步骤:

1)将上述重量配比备好的纯铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂,加入到熔炼炉中,在730℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后,将形成的铝液放入静置炉中静置2.0 h;

2)在690℃下,往铝液中添加80ppm的Al-5Ti-0.2B晶粒细化剂,并充入纯度≥99.999%的氩气进行精炼后,用低液位式半连续铸造法将精炼铝液铸造成厚520mm×宽1300mm×长6000mm的铝合金扁铸锭;

3)将铝合金扁铸锭在500℃的保温炉内保温反应12 h,并在炉内自然冷却至120℃后,再在空气中自然冷却至室温;然后将扁铸锭经锯头尾、铣面后进入加热炉进行均热,均热温度为400℃,时间为8 h;

4)将出炉后的锭坯经热粗机轧成32mm厚的中间坯,然后控制单道次最大压下率为35%,以保证轧制质量,再通过精轧机连轧成8.0mm厚的热轧带材,为了保证热轧过程的质量和效率,热粗轧乳液的浓度控制在4.8wt%,乳液灰分控制在600ppm以下,热精轧乳液的浓度控制在7.2wt%,乳液灰分控制在1100ppm以下,精轧机的终轧温度为280℃;

5)将步骤4)得到的8.0mm厚的热轧带材进行冷粗轧至2.0mm厚带材,在轧制过程中合理安排每道次的变形量和总加工率,其总加工率控制在75%之间,最后一个轧制道次的压下率控制在30%,最后一道次的轧制速度为250m/min;

6)将2.0mm厚的冷轧带材送入固溶炉后,在炉内充入氮气,以保证炉内氧气含量在800ppm以下;固溶处理的温度为500℃,处理4h后取出,并以80℃/s的冷却速度迅速冷却至常温;

7)将冷却后的2.0mm厚的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直,拉伸率控制在0.5%,使带材板形平直度≤6 I;

8)将经过拉伸矫直的带材经200℃时效处理10h。

本实施例制得的高强度高热导率6系铝合金带材,其内部化合物数量为10个/mm2,化合物长度为5μm,屈服强度为300MPa,抗拉强度为330MPa,延伸率为9%,热传导性能好,热导率为205W/(m·K),带材板形平直度为6I。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

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