本发明涉及一种拉伸力的计算方法及其应用，特别涉及一种铝合金板材制备工艺中拉伸力的计算方法及其应用。
背景技术：
高镁铝合金板材由于强度高，腐蚀性好，广泛应用于船舶、装甲、交通运输等领域。高镁铝合金是一种冷加工硬化合金，成分固定后，常规加工硬化方法为冷加工硬化，如冷轧或者低温轧制。高镁铝合金板材的冷加工硬化典型生产工艺流程如下：配料→熔炼→精炼/除气/过滤→铸造→均匀化退火→锯切头尾→铣面→预热→热轧→冷轧→重卷清洗→中间退火→冷轧→重卷清洗→最终成品退火→横切开卷→质检包装→入库或发货。现有高镁铝合金加工方法具有以下缺点：(1)冷轧厚度一般限制在8mm以下，限制厚板的生产；宽度一般小于2600mm，限制超宽板材的生产；(2)生产工序多，额外增加了生产成本，生产效率低，周期慢；(3)力学性能很难精确控制，板材腐蚀性能不稳定。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明针对上述技术问题，提出一种铝合金板材制备工艺中拉伸力的计算方法及其应用，该计算方式应用到高镁铝合金生产工艺中生产高镁铝合金中厚板，可以突破冷轧机开口度小、常规高镁铝合金厚度小、宽度窄，生产工艺复杂，性能不易控制，合金腐蚀性差等技术问题，本发明为热轧后拉伸强化，可实现板材为热轧组织，生产工艺简洁、高效，所生产板材厚度最大200mm、宽度至3800mm，铝材屈服强度可以精确控制，提高焊接后热影响区的性能，还可以提高板材板型平直度。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种铝合金板材制备工艺中拉伸力的计算方法：
拉伸力f＝d×w×r×kr；
其中，d为铝合金板材厚度，d：4-200mm；
其中，w为铝合金板材宽度，w：500-3800mm；
其中，r为目标期望屈服强度；
其中，kr为横、纵向切变系数，当所选力学性能按astmb928、gb/t3880时，所需力学性能为纵向，kr＝ky，ky取1.0～1.2；当所选力学性能按en485时，所需力学性能为横向，kr＝kx，kx取1.05-1.50。
一种如上所述的铝合金板材制备工艺中拉伸力的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用。
一种如上所述的铝合金板材制备工艺中拉伸力的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用，包含以下操作步骤：
(1)取高镁铝合金的原材料，依次进行熔炼、精炼和铸造；其中，熔炼温度为720-780℃，熔炼4-15h，精炼温度为700-740℃，保温2-8h；采用半连续铸造生产铸锭，铸造温度为685-730℃，铸出扁锭厚度为300-700mm；其中，在熔炼铸造过程中，通过对铝合金熔体进行多级除气处理，显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金扁锭中的气孔、疏松等铸造缺陷，选取30ppi或40ppi等的过滤板，除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷；
(2)步骤(1)中所得扁锭进行双级均匀热处理，均匀热处理后进行锯切和铣面；
(3)步骤(2)中铣面后所得扁锭预热，然后热轧至4～200mm厚度；
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，然后进行拉伸，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr；
其中，d为铝合金板材厚度，d：4-200mm；
其中，w为铝合金板材宽度，w：500-3800mm；
其中，r为屈服强度，即为目标期望屈服强度；
其中，kr为横、纵向切变系数，当所选力学性能按astmb928、gb/t3880时，所需力学性能为纵向，kr＝ky，ky取1.0-1.2；当所选力学性能按en485时，所需力学性能为横向，kr＝kx，kx取1.05-1.50；
拉伸速率为1.0-15mm/s，即得高镁铝合金板材。
优选的是，步骤(1)中所述的高镁铝合金以重量百分比计由以下成分组成：si<0.45％，fe<0.5％，cu<0.25％，mn0.1-1.2％，mg3.0-7.5％，zn<0.9％，ti<0.2％，zr<0.25％，其他为al和一些不可避免的杂质元素。
优选的是，步骤(1)中所述的高镁铝合金为5系高镁铝合金。
优选的是，所述的5系高铝镁合金为5083、5086、5383、5059、5454、5456、5a05或5a06高镁铝合金中的一种。
优选的是，步骤(2)中所述的双级均匀热处理为第一级保持升温速率为40-80℃/h，升温至390-470℃，保温1-6h；第二级保持升温速率20-50℃/h，升温到480～540℃，保温6-25h，然后冷却至室温。
优选的是，步骤(3)中所述的预热温度为420-545℃，预热1-25h。
5a05-h116、5a05-h321的性能要求为屈服强度≥220mpa，抗拉强度≥310mpa，延伸率≥12％，剥落腐蚀优于pb，晶间腐蚀≤15mg/cm2；5a06-h116、5a06-h321的性能要求为屈服强度≥275mpa，抗拉强度≥375mpa，延伸率≥12％,剥落腐蚀优于pb,晶间腐蚀≤15mg/cm2。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明无需经过冷轧，而且厚度不受限制，可以达到200mm，宽度达到3800mm；本发明所生产板材保留高温轧制板材的组织和腐蚀性能，提高了板材后期高温使用稳定性和腐蚀性能稳定性，可以使用于船舶海洋工程、罐体、装甲板、军工或者高温环境；本发明所生产板材可根据客户对力学性能的要求，进行精确控制，可保证不同批次板材之间的力学性能稳定性，确保后期便捷加工；进一步的，本发明精简了生产工序，可以减掉两道冷轧轧制和退火工序，提高板材尺寸精度、缩短了生产周期、降低了产品生产成本。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
图2是本发明高镁铝合金板材拉伸加工方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
一种铝合金板材制备工艺中拉伸力的计算方法：
拉伸力f＝d×w×r×kr；
其中，d为铝合金板材厚度，d：4-200mm；
其中，w为铝合金板材宽度，w：500-3800mm；
其中，r为屈服强度，即为目标期望屈服强度；
其中，kr为横、纵向切变系数，当所选力学性能按astmb928、gb/t3880时，所需力学性能为纵向，kr＝ky，ky取1.0-1.2；当所选力学性能按en485时，所需力学性能为横向，kr＝kx，kx取1.05-1.50。
实施例1
一种如上所述的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用，操作步骤如下：
(1)取5083高镁铝合金的原材料，成分如表1“5083”栏所示，依次进行熔炼、精炼和铸造；其中，熔炼温度为720-750℃，熔炼6h，精炼温度730～740℃，保温8h；对铝合金熔体进行多级除气处理，显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金扁锭中的气孔、疏松等铸造缺陷，选取30ppi的过滤板，除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷，除杂质、除气完成后采用半连续铸造生产铸锭，铸造温度为706℃，铸出扁锭为520×1620×6000mm；
(2)步骤(1)中所得扁锭进行双级均匀热处理：第一级保持升温速率为70-80℃/h，升温至470℃，保温1h；第二级保持升温速率40-50℃/h，升温到540℃，保温6h，然后冷却至室温；双级均匀热处理后进行锯切和铣面，切成500×1600×5500mm规格；
(3)步骤(2)中铣面后所得扁锭545℃预热25h，然后热轧至100mm厚度；
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，切边至1500mm，取样检测纵向性能，见表2编号a，然后进行拉伸，设定纵向目标期望屈服强度r＝285mpa(5083-h26/h36屈服强度280mpa)，kr＝ky＝1.02，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr＝100mm×1500mm×285mpa×1.02＝43.61mn；设定拉伸力f，拉伸速率为3mm/s的速度拉伸，到达目标值后卸掉压力，即得高镁铝合金板材，取样检测纵向力学性能及腐蚀性能，性能如表2编号b。
实施例2
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，切边至500mm，取样检测横向性能，见表2编号c，然后进行拉伸，设定目标期望为横向屈服r＝255mpa(5083-h24/h34屈服强度250mpa)，kr＝kx＝1.18，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr＝100mm×500mm×255mpa×1.18＝15.05mn；拉伸速率为4.0mm/s，即得高镁铝合金板材，取样检测力学性能及腐蚀性能，性能如表2编号d。
其余操作与实施例1完全相同。
实施例3
一种如上所述的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用，操作步骤如下：
(1)取5086高镁铝合金的原材料，成分如表1“5086”栏所示，依次进行熔炼、精炼和铸造；其中，熔炼温度为750-780℃，熔炼4h，精炼温度710-730℃，保温2h；对铝合金熔体进行多级除气处理，显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金扁锭中的气孔、疏松等铸造缺陷，选取40ppi的过滤板，除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷，除杂质、除气完成后采用半连续铸造生产铸锭，铸造温度为730℃，铸出扁锭为650×1560×5000mm；
(2)步骤(1)中所得扁锭进行双级均匀热处理：第一级保持升温速率为40-50℃/h，升温至390℃，保温6h；第二级保持升温速率30℃/h，升温到500℃，保温3h，然后冷却至室温；双级均匀热处理后进行锯切和铣面，切成500×1600×5500mm规格；
(3)步骤(2)中铣面后所得扁锭420℃预热25h，然后热轧至200mm厚度；
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，切边至1000mm，取样检测横向性能，见表2编号e，然后进行拉伸强化，设定横向目标期望屈服强度r＝225mpa(5086-h24/h34屈服强度220mpa)，kr＝kx＝1.36，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr＝200mm×1000mm×225mpa×1.36＝61.2mn；设定拉伸力f，拉伸速率为1.5mm/s的速度拉伸，到达目标值后卸掉压力，即得高镁铝合金板材，取样检测力学性能及腐蚀性能，性能如表2编号f。
实施例4
一种如上所述的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用，操作步骤如下：
(1)取5059高镁铝合金的原材料，成分如表1“5059”栏所示，依次进行熔炼、精炼和铸造；其中，熔炼温度为730-760℃，熔炼6.5h，精炼温度700-720℃，保温3h；对铝合金熔体进行多级除气处理，显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金扁锭中的气孔、疏松等铸造缺陷，选取30ppi的过滤板，除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷，除杂质、除气完成后采用半连续铸造生产铸锭，铸造温度为696℃，铸出扁锭为420×2670×420mm；
(2)步骤(1)中所得扁锭进行双级均匀热处理：第一级保持升温速率为50-60℃/h，升温至420℃，保温3h；第二级保持升温速率50℃/h，升温到490℃，保温10h，然后冷却至室温；双级均匀热处理后进行锯切和铣面，切成400×2650×3500mm规格；
(3)步骤(2)中铣面后所得扁锭480℃预热6h，然后热轧至6mm厚度；
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，切边至2580mm，取样检测纵向性能，见表2编号g，然后进行拉伸，设定纵向目标期望屈服强度r＝275mpa(5059-h116/h321屈服强度270mpa)，kr＝ky＝1.2，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr＝6mm×2580mm×275mpa×1.2＝5.11mn；按拉伸速率为12mm/s的速度拉伸，达到目标值后卸掉压力，即得高镁铝合金板材，取样检测力学性能及腐蚀性能，性能如表2编号h。
实施例5
一种如上所述的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用，操作步骤如下：
(1)取5a05高镁铝合金的原材料，成分如表1“5a05”栏所示，依次进行熔炼、精炼和铸造；其中，熔炼温度为710-750℃，熔炼10h，精炼温度705-725℃，保温6h；对铝合金熔体进行多级除气处理，显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金扁锭中的气孔、疏松等铸造缺陷，选取30ppi的过滤板，除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷，除杂质、除气完成后采用半连续铸造生产铸锭，铸造温度为721℃，铸出扁锭为520×1620×6000mm；
(2)步骤(1)中所得扁锭进行双级均匀热处理：第一级保持升温速率为60-70℃/h，升温至450℃，保温4h；第二级保持升温速率25-35℃/h，升温到480℃，保温25h，然后冷却至室温；双级均匀热处理后进行锯切和铣面，切成500×1600×5500mm规格；
(3)步骤(2)中铣面后所得扁锭460℃预热10h，然后热轧至4mm厚度；
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，切边至1500mm，取样检测纵向性能，见表2编号i，然后进行拉伸，设定纵向目标期望屈服强度r＝225mpa(5a05-h116，5a05-h321屈服强度≥220mpa，抗拉强度≥310mpa，延伸率≥12％，剥落腐蚀优于pb，晶间腐蚀≤15mg/cm2)，kr＝ky＝1.20，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr＝4mm×1500mm×225mpa×1.20＝1.62mn；按拉伸速率为8mm/s的速度拉伸，达到目标值后卸掉压力，即得高镁铝合金板材，取样检测力学性能及腐蚀性能，性能如表2编号j。
实施例6
一种如上所述的计算方法在高镁铝合金板材生产中的应用，操作步骤如下：
(1)取5a06高镁铝合金的原材料，成分如表1“5a06”栏所示，依次进行熔炼、精炼和铸造；其中，熔炼温度为725-760℃，熔炼8h，精炼温度722-740℃，保温5h；对铝合金熔体进行多级除气处理，显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金扁锭中的气孔、疏松等铸造缺陷，选取40ppi的过滤板，除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷，除杂质、除气完成后采用半连续铸造生产铸锭，铸造温度为685℃，铸出扁锭为420×1700×6000mm；
(2)步骤(1)中所得扁锭进行双级均匀热处理：第一级保持升温速率为50-60℃/h，升温至460℃，保温2h；第二级保持升温速率40-50℃/h，升温到510℃，保温12h，然后冷却至室温；双级均匀热处理后进行锯切和铣面，切成400×1670×5500mm规格；
(3)步骤(2)中铣面后所得扁锭500℃预热2h，然后热轧至15mm厚度；
(4)步骤(3)所得板材自然冷却后，进行切边处理，切边至1580mm，取样检测纵向性能，见表2编号k，然后进行拉伸，设定横向目标期望屈服强度r＝280mpa(5a06-h116,5a06-h321屈服强度≥275mpa，抗拉强度≥375mpa，延伸率≥12％,剥落腐蚀优于pb,晶间腐蚀≤15mg/cm2)，kr＝kx＝1.19，拉伸所需拉伸力f＝d×w×r×kr＝50mm×1580mm×280mpa×1.19＝26.32mn；设定拉伸力f，按拉伸速率为12mm/s的速度拉伸，达到目标值后卸掉压力，即得高镁铝合金板材，取样检测力学性能及腐蚀性能，性能如表2编号l。
表1高镁铝合金化学成分
表2.高镁铝合金板材力学性能
通过上述表2的对比分析可知，采用本发明生产工艺的高镁铝合金板材产品的屈服强度和抗拉强度均得到强化，力学性能可以精确控制；腐蚀性能与热轧出来的板材性能相当，说明本发明生产工艺可以达到加工强化力学性能的目的，同时可以保持较好的热轧态腐蚀性能及金相组织。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。