一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金加工技术领域，特别涉及一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺。
[0002]
【背景技术】
[0003]能源环境问题不断促进轻量化材料在交通运输、航空航天中的应用。铝合金由于具有质轻、高比强度、耐腐蚀和易于成形加工等优点，其应用领域日益广泛。近年来，随着我国经济的高速发展、制造业的崛起与国民消费水平的提升，促成了以交通运输、包装、印刷为代表的高档宽幅铝板带材需求的迅速增加。尤其是铝制集装箱、厢式冷藏车、运煤车等交通运输用铝板带材，要求幅宽不小于2600_。这类板材通常采用中强耐蚀的5XXX系合金，其中5052合金由于具有更佳的耐腐蚀性能和变形加工性能以及优良的可焊性和疲劳强度，更适合于制备宽幅板材。
[0004]但是，由于轧制过程中板材边部和中心变形条件的差异，随着板材幅宽的增大，板材宽度方向上变形不均匀性增大，导致板材力学性能各向异性程度加剧、轧制控制难度增力口。这造成宽幅轧制铝板材厚度、宽度、同板差等尺寸偏差大，易出现边裂、烧痕等缺陷，成品率低等问题。目前这些高端铝板带材仍大量依赖进口，这严重制约了我国交通运输业产品轻量化和节能减排的步伐。因此，要生产高品质的宽幅铝板带材，迫切需要解决合金板材各方向上组织和变形的均匀性问题。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，解决合金板材各方向上组织和变形的均匀性问题。
[0007]实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，将5052合金中添加0.1-0.5 wt%的稀土元素Er ;再进行两级或三级均匀化热处理；
所述两级均匀化热处理，首先将5052合金铸锭在530~560°C进行20~30 h的均匀化保温，即一级均匀化，随后冷却到150~300°C继续保温8~12 h，即二级均匀化，然后出炉空冷至室温；
所述三级均匀化热处理，首先将5052合金铸锭在530~560°C进行20~30 h的均匀化保温，即一级均匀化，随后冷却到150~180°C保温8~12 h，即二级均匀化，进一步升温至300~320°C继续保温8~12 h，即三级均匀化，然后出炉空冷至室温。
[0008]特别地，所述两级均匀化热处理中，一级均匀化温度为560°C，保温时间30h ;二级均匀化温度为150°C或300°C，保温时间10h。
[0009]进一步，所述三级均匀化热处理中，一级均匀化温度为560°C，保温时间30h ;二级均匀化温度为150°C，保温时间1h ;三级均匀化温度为300°C，保温时间10h。
[0010]为了优化合金性能、充分发挥本发明提出的多级均匀化工艺在改善合金组织和变形均匀性方面的作用，添加0.1-0.5 wt%的稀土元素Er。
[0011]相比现有技术，本发明具有如下有益效果:
1、多级(两级或三级)均匀化中第一级采用高温均匀化热处理，促使合金中粗大的非平衡结晶相充分固溶；其中温度是影响元素扩散的主要因素，采用该方法可有效控制第二相的固溶和析出，使合金中未溶非平衡化合物有效球化，明显改善合金的塑性，降低轧制板材的组织和变形的各向异性。
[0012]2、多级(两级或三级)均匀化中第二级和第三级可以控制第二相粒子的析出及其大小、形态，是决定析出相分布状态的主要步骤。对两级均匀化热处理，在150~300°C低温温度范围内进行8~12h的第二级热处理，促进第二相粒子析出，减少合金元素的固溶强化作用、降低合金的加工硬化率；同时促使未溶非平衡化合物球化，明显改善合金的塑性，降低轧制板材的组织和变形的各向异性，有利于后续的轧制变形。为了进一步优化第二相粒子的析出状态、改善合金的塑性加工性能，进一步采用三级均匀化热处理，首先在150~180°C较低温的范围内进行8~12 h的第二级热处理，以增大析出相析出的驱动力，从而提高析出相的形核率、提高析出密度，然后升温至300~320°C继续保温8~12 h，促进析出相的聚集长大和球化。经过这样的三级均匀化处理，可以使析出相析出更充分、分布更均匀，不仅降低了元素的固溶强化作用，而且由于适当的长大和球化、减少了第二相对塑性变形的不利影响。
[0013]3、在5052合金中添加0.1-0.5 wt%的稀土元素Er，一方面可以细化晶粒和非平衡化合物相的尺寸；另一方面可以去除杂质元素Fe、Si，起到净化和纯化铝熔体的作用，这都有利于提高合金的塑性成形性能。其次，Er的加入提高合金熔点，从而可以在更高的温度下热处理而不至引起过热或过烧等缺陷；同时，Er促进Al-Fe化合物相在均匀化过程中的溶解，有利于消除非平衡铸造组织。最后，在第二级或第三级的均匀化处理过程中，Er以Al-Zr-Er三元化合物的形式从Al基体中析出，起到细化再结晶组织和弥散强化的作用，有利于提高合金塑性和强度。
[0014]4.本发明提出的降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，不需增添额外的设备和投资，成本低，适用性广，易于实现工业化规模生产。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1为经过两级均匀化处理后的合金在0°、45°、90°方向上的力学性能图。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明，实施例中如无特殊说明，采用的原料即为普通市售产品。
[0019]实施例1:一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，包括如下步骤: 采用添加了 0.3 wt% Er的5052合金铸锭，再对该合金进行两级均匀化热处理。
[0020]首先，在560°C进行30 h的均匀化保温(一级均匀化)；
随后，冷却到300°C继续保温10 h (二级均匀化)，然后出炉空冷至室温。
[0021]将经过上述两级均匀化处理的铸锭进行热轧，轧制温度470°C，轧制之前对轧制坯料进行470°C、1 h的预热，轧制总压下量为73% ;对轧制得到的板材沿轧制方向、垂直轧制方向和45°方向进行室温拉伸力学性能测试，测试结果如附图1所示。由图1可见，轧制板材三个方向上的延伸率均达到25%以上，三个方向上延伸率的比值为1:0.8:1.3，各向异性显著降低。
[0022]实施例2:—种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，包括如下步骤:
将5052合金中添加0.2 wt% (或0.3 wt%或0.4wt%)的稀土元素Er，再进行三级均匀化热处理:
首先，将添加稀土元素Er的5052合金铸锭在560°C进行30 h的均匀化保温，即一级均匀化；
随后，冷却到150°C保温10 h，即二级均匀化；
然后，升温至300°C，继续保温10 h，即三级均匀化；
最后，出炉空冷至室温。
[0023]将经过上述三级均匀化处理的铸锭进行热轧，轧制温度470°C，轧制之前对轧制坯料进行470°C、1 h的预热，轧制总压下量为73% ;对轧制得到的板材沿轧制方向、垂直轧制方向和45°方向进行室温拉伸力学性能测试，轧制板材三个方向上的延伸率均达到30%以上，三个方向上延伸率的比值为1:0.8:1.1，各向异性显著降低。
[0024]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，其特征在于，将5052合金中添加0.1-0.5 wt%的稀土元素Er ;再进行两级均匀化热处理； 首先，将5052合金铸锭在530~560°C进行20~30 h的均匀化保温，即一级均匀化； 随后，冷却到150~300°C继续保温8~12 h，即二级均匀化； 最后，出炉空冷至室温。
2.一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，其特征在于，将5052合金铸锭中添加0.1-0.5 wt%的稀土元素Er ;再进行三级均匀化热处理； 首先，将5052合金铸锭在530~560°C进行20~30 h的均匀化保温，即一级均匀化； 随后，冷却到150~180°C保温8~12 h，即二级均匀化； 然后，升温至300~320°C继续保温8~12 h，即三级均匀化； 最后，出炉空冷至室温。
3.根据权利要求1所述降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，其特征在于，所述两级均匀化热处理中，一级均匀化温度为560°C，保温时间30 h ;二级均匀化温度为150°C或300°C，保温时间10 h。
4.根据权利要求2所述降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，其特征在于，所述三级均匀化热处理中，一级均匀化温度为560°C，保温时间30 h ;二级均匀化温度为150°C，保温时间10 h ;三级均匀化温度为300°C，保温时间10 h。
【专利摘要】本发明公开了一种降低宽幅轧制铝板材各向异性的均匀化热处理工艺，将5052合金中添加0.1~0.5 wt%的稀土元素Er；再进行两级或三级均匀化热处理；所述两级均匀化热处理先在530~560℃进行20~30 h的均匀化保温，随后冷却到150~300℃继续保温8~12 h，然后出炉空冷至室温；所述三级均匀化热处理先在530~560℃进行20~30 h的均匀化保温，随后冷却到150~180℃保温8~12 h，进一步升温至300~320℃继续保温8~12 h，然后出炉空冷至室温。采用该方法可有效控制第二相的固溶和析出，使合金中未溶非平衡化合物有效球化，明显改善合金的塑性，降低轧制板材的组织和变形的各向异性。
【IPC分类】C22F1-047
【公开号】CN104611654
【申请号】CN201510085652
【发明人】张静, 杨亮, 左汝林
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月17日