一种Al-Mg系合金的液氮温区冷加工工艺的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种在液氮温区进行冷乳的加工工艺， 制备出低温下综合力学性能优异的铝合金板材。 技术背景：
[0002] 热乳工艺能够使铸造状态下的粗大晶粒破碎，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织 转变为变形组织，从而提高合金的加工性能；但是热乳制品的组织和性能不够均匀、产品的 厚度尺寸也较难控制。
[0003] 深冷处理加工工艺可有效提高钢铁材料、非铁金属及复合材料的力学性能和使用 寿命、稳定尺寸、改善均匀性、不破坏工件、成本低。目前，深冷处理技术已在工模具钢等钢 铁金属材料中得到一定应用，且成效显著，但对铝合金等非铁金属材料深冷处理的机理研 究与应用相对较少。
[0004] 日本钢铁工程汇报有期刊指出工业常用的几种铝合金板材在低温下的拉伸性能 变化规律，随着温度的降低，铝合金板材的抗拉强度、屈服强度和延伸率都有所提高，铝合 金也因此具有更广泛的低温应用前景。
[0005] 工业上常以5083铝合金板材为初始材料，将其在510°C温度下固溶处理2h后迅速 水淬，得到中间板材，然后对中间板材进行冷乳加工。通过冷乳制备出的材料具有优异的抗 拉强度、屈服强度和延伸率，但是其冲击功有明显的降低。根据Woongsuppark等的研究， 在2931(、2231(、1531(、1331(和1111(445083铝合金的抗拉强度、屈服强度和断面收缩率都随 着温度的降低而提高。
[0006] 已有大量研究表明在纯铝和Al-Mg合金中加入Er元素能够显著细化铸态晶粒尺 寸，而且纳米级的Al3Er粒子能够钉扎位错和亚晶界，从而提高铝合金的强度和再结晶温 度。
[0007] 因此，本专利以微合金化的Al-Mg合金作为初始原料，结合热乳和深冷处理加工 工艺的优势制备出低温下综合性能优异的铝合金是具有现实意义的。
【发明内容】
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[0008] 本发明的目的在于以微合金化的Al-Mg合金为原材料，结合热乳与冷乳加工工艺 来制备出低温综合力学性能优异的铝合金。
[0009] 本发明是通过采用一种在液氮温区的冷加工工艺来制备出低温下综合性能优异 的铝合金板材。通过对一种含铒的铝镁合金热乳板进行冷乳，再将最终乳板在室温下和液 氮温度下的拉伸测试性能和冲击测试性能的测试值进行比较，得到一种低温综合力学性能 优异的铝合金材料。
[0010] -种高强铝镁合金的液氮温区冷加工工艺，该铝合金铸锭的重量百分含量为：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 可避免杂质< 0. 5%，余量为A1 ;其特征在于，其制备过程包括以下步骤：
[0011] (1)对于该含Er铝合金板材，将其铸态合金在470±20°C保温20h，然后在温度 410 ± 20°C下热乳，压下量为90 %，空冷至室温，热乳板的优选厚度10mm;
[0012] (2)往保温箱里倒入足量的液氮，将步骤（1)中空冷至室温所得的热乳板完全浸 没在液氮中使板材冷却至液氮温度；
[0013] (3)迅速从保温箱中取出冷却至液氮温度的乳板进行冷乳，每完成一个道次就 立即将乳板放入装满液氮的保温箱浸泡使之再次冷却到液氮温度，每道次的压下量为 10 % -15 %，最终冷乳板的厚度为4_，最后的总压下量为60 %。
[0014]本发明具有以下效果：
[0015] 冷乳后的Al-Mg合金在低温下不仅具有很高的抗拉强度和屈服强度，其断面收缩 率也比较好；虽然冷乳板的冲击功不高，但它在液氮温度下的冲击功相比于室温下要有明 显提尚。
[0016] 在液氮温度下，合金所涉及的的冷加工工艺所制备出的板材比室温下具有更高的 抗拉强度、屈服强度和断面伸长率。在液氮温区冷乳后的合金板材不仅具有良好的强度和 塑性，而且随着温度的降低其冲击韧性也会有明显的提高，这对该铝合金板材在低温下的 实际应用是具有现实意义的。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0018] 实施例
[0019] 该铝合金板材的重量百分含量为：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% ;不可避免杂质彡 0· 5%，余量为A1。其 特征在于，包括以下步骤：
[0020] (1)对于该含Er铝合金板材，将其铸态合金在470±20°C保温20h，然后在温度 410 ± 20°C下热乳，压下量为90 %，空冷至室温，厚度10mm，状态记为H112。
[0021] (2)将步骤（1)所得的热乳板完全浸没在装满液氮的保温箱中一段时间，使板材 冷却至液氮温度，再迅速从液氮中取出冷却后的乳板在室温下进行冷乳，每一道次的压下 量为10% -15%，每完成一个道次就迅速将乳板放回装满液氮的保温箱里再次冷却至液氮 温度，最后所得板材厚度为4_，最终总压下量为60%。
[0022] 对比例1
[0023] 将中间乳板（即初始热乳板H112态）作为对比例1和实施例进行比较。对比例 1即为：将铸锭原材料在470±20°C保温20h，均匀化退火，然后在温度410±20°C下热乳，压 下量为90%，空冷至室温，其厚度10mm。
[0024] 对比例2
[0025] 将对比例1 (即初始热乳板H112态）沿乳向温乳，其中温乳加工温度为 250 ± 20°C，最终厚度为4mm，总压下量为60 %。
[0026] 对比例3
[0027] 将对比例1 (即初始热乳板H112态）先沿乳向温乳，再沿垂直于乳向方向进行交 叉温乳。其中温乳加工温度为250 ± 20°C，最终厚度为4mm，沿乳向温乳的压下量为30 %，垂 直于乳向乳制的压下量为40 % -45 %，总压下量为60 % ;
[0028] 实验过程
[0029] 将实施例、对比例1、对比例2和对比例3这四种最终板材按照国家标准沿乳向加 工成厚度为4mm的拉伸试样和夏比V型缺口冲击试样。拉伸测试在MTS-SANSCMT5000系 列微机控制电子万能试验机上进行，拉伸速率2mm/min;冲击测试在SUNSPTM1200摆锤式 冲击试验机上进行。拉伸测试和冲击测试的测试温度为293K和77K，温度误差±5K，其中 测试温度77Κ采用将试样完全浸入液氮获得。拉伸测试结果列于表1，冲击测试结果列于表 2,其中每个数值均为同条件下3个试样测试值的平均值。
[0030] 实验结果
[0031 ] 实验结果见下表1及表2.
[0032] 表1.铝镁铒合金的拉伸性能
[0033]
[0034] 表2.铝镁铒合金的冲击性能
[0035]
[0036」田衣iη」知，个论仕至Μ迕定mMM
皮卜，对比例U即忉妬热礼恹Hi以念j的抗 拉强度和屈服强度远低于实施例，其中在室温下实施例的抗拉强度和屈服强度要比同状态 下对比例1分别高出42. 46%和141. 53%，在液氮温度下实施例的抗拉强度和屈服强度要 比同状态下的对比例1分别高出39. 82%和150% ;虽然对比例1的延伸率仍然高于实施 例，但是对比例1在液氮温度下比室温下延伸率的提高幅度却要低于实施例。对比例2和 对比例3的拉伸性能相近，在室温状态下，对比例2与对比例3的抗拉强度和屈服强度都显 著低于实施例；虽然对比例2和对比例3的延伸率要高于同状态下的实施例，但是在液氮温 度下，实施例的抗拉强度、屈服强度和延伸率都是高于对比例2与对比例3的。
[0037] 由表2可知，在室温和液氮温度下，虽然对比例1的冲击功要明显高于实施例，但 是对比例1在液氮温度下的冲击功要比室温状态下的降低了 23. 59%。就实施例而言，随 着温度的降低，其冲击功不降反增，液氮温度下的冲击功相比室温下要提高19. 10%。对比 例2和对比例3的冲击性能相近，虽然它们在室温下的冲击功测试值要高于实施例，但是在 液氮温度下，实施例的冲击功却要明显高于对比例2与对比例3的。对于对比例1、对比例 2和对比例3来说，它们的冲击功是随温度的降低而显著降低的，然而只有实施例在液氮温 度下的冲击功要明显高于室温状态的。
【主权项】
1. 一种Al-Mg系合金的液氮温区冷加工工艺，该铝合金板材的重量百分含量为：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 可避免杂质< 0. 5%，余量为A1 ;其特征在于，其制备过程包括以下步骤： (1) 对于该含Er铝合金板材，将其铸态合金在470±20°C保温20h，然后在温度 410±20°C下热乳，压下量为90%，空冷至室温； (2) 往保温箱里倒入足量的液氮，将步骤（1)中空冷至室温所得的热乳板完全浸没在 液氮中使板材冷却至液氮温度； (3) 迅速从保温箱中取出冷却至液氮温度的乳板进行冷乳，每完成一个道次就立 即将乳板放入装满液氮的保温箱浸泡使之再次冷却到液氮温度，每道次的压下量为 10% -15%，最后的总压下量为60%。2. 按照权利要求1的一种Al-Mg系合金的液氮温区冷加工工艺，其特征在于，经过步 骤⑴热乳处理后的铝合金板材厚度优选为l〇mm，经步骤（3)加工后所得乳板的最终厚度 为 4mm〇3. 按照权利要求1和2的液氮温区冷加工工艺来制备低温综合性能优异的Al-Mg系合 金。
【专利摘要】一种Al-Mg系合金的液氮温区冷加工工艺，属于有色金属技术领域。初始的含Er铝镁合金铸锭在温度为410±20℃下热轧，压下量达90％，空冷至室温，得到中间轧板，再将该中间轧板进行低温轧制。而低温冷轧则是将中间热轧板浸没在液氮里半小时左右使其冷却至液氮温度，然后迅速取出在室温下沿轧向冷轧，每完成一个道次即刻将轧板放入液氮中冷却，每一道次的压下量为10％-15％，总压下量为60％。最后将冷轧板分别在室温和液氮温度下进行拉伸测试和冲击测试，它在液氮温区下的抗拉强度、屈服强度和延伸率都要明显高于室温，在液氮温度下的冲击功要比室温状态下更高。这种制备工艺既能够明显提高该合金在低温下的强度，还能够保证一定的低温延伸率，得到一种低温综合性能优异的铝合金材料。
【IPC分类】C22C21/06, C22F1/047
【公开号】CN105349925
【申请号】CN201510869306
【发明人】王为, 周欣, 黄晖, 聂祚仁, 高坤元, 文胜平, 吴晓蓝
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月2日