CN108018509B - 一种提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法，具体实施步骤如下：（1）固溶处理步骤；（2）预时效步骤；（3）深冷轧制步骤；（4）温轧步骤。与传统6000系铝合金深冷轧状态板材相比，经本工艺加工的铝合金轧制板材强度和塑性都显著提高；与传统峰时效状态板材相比，经本工艺加工的轧制板材强度获得大幅提高，同时具有相近的塑性。采用本发明的形变热处理方法，过程简单、周期短、能耗低，在工业化生产中具有很大应用潜力和价值。
Description
技术领域
本发明属于金属材料形变热处理工艺技术领域，具体涉及一种提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法。
背景技术
6000系铝合金是Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金，具有高的比强度，优良的加工性能、焊接性能和抗腐蚀性能。但其轧制板材塑性差，难以加工成型，退火处理后的板材，虽然塑性得以提升，但其强度严重损失。通过控制轧制板材中的第二相分布以及细化晶粒，可以改善其塑性，提高板材的综合力学性能。
6000系铝合金板材常用的生产工艺为均匀化-热轧-冷轧（冷轧态），或者均匀化-热轧-冷轧-固溶-人工峰时效（T6态）。其中，冷轧态板材强度较高，但是塑性很差。T6态虽热塑性比轧制态高，但是强度明显下降。目前用于改善冷轧制板材塑性的方法是冷轧前进行固溶处理，冷轧后再进行长时间低温退火，即固溶-冷轧-长时间低温处理。这种方法的主要机理是通过低温退火发生时效强化来抵消回复或再结晶软化，使材料在强度不降低情况下塑性得到改善。但是这种方法工艺周期长，效率低，能耗大，并且力学性能提高不显著。因此，开发一种操作简单、工艺周期短、生产效率高，并显著提高6000系铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法，解决现有的处理方法工艺周期长、效率低、能耗大，且力学性能提高不显著的问题。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）固溶处理：将厚度为10mm的铝合金进行固溶处理，其中，固溶温度为520℃-560℃，保温时间0.5-2h，随后水淬至室温；
（2）预时效处理：对步骤（1）得到的固溶态铝合金材料立即进行预时效处理，其中，预时效温度为170℃-190℃，保温时间为5-20min，随后水冷至室温；
（3）深冷轧处理：对步骤（2）得到的预时效态铝合金材料进行多道次深冷轧制变形，其中，深冷轧制温度通过液氮控制在-190℃至-150℃，每道次变形量为5-10%，总变形量控制在40%-70%；
（4）温轧处理：对步骤（3）得到的深冷轧制态铝合金材料进行多道次温轧变形，其中，轧制温度通过油浴控制在110℃-150℃，每道次变形量为10-15%，总变形量控制在70-90%。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用固溶处理-预时效处理-深冷轧制变形-温轧变形的形变热处理方法对6000系铝合金进行处理，利用预时效和温轧相结合的方式代替传统冷轧之后长时间时效，形成大量细小弥散的强化相，不仅有更高的强化效果，而且均匀分布的强化相能改善塑性；利用中等变形量的深冷轧制结合较低温度下大变形量的温轧，有利于细化晶粒，改善位错分布，使塑性得到更大的提高。
2、本发明利用深冷轧制前的预时效和深冷轧制后的温轧相结合来代替传统冷轧后长时间时效，不仅大大缩短工艺周期，操作简单，且提高生产效率。
3、采用本发明的形变热处理方法制得的轧制板材具有优异的综合力学性能，扩大轧制板材的应用范围，可广泛应用于可热处理强化型6000系铝合金，对汽车、航空等交通运输领域的发展有重要意义，适于现代工业化应用。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
图2为实施例1和对比例1-3的工程应力-应变曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
根据图1所示形变热处理工艺，所使用的材料为厚度10mm的6016铝合金。首先对6016铝合金进行560℃/1h固溶处理，水淬至室温；将固溶态铝合金材料立即进行180℃/10min预时效处理；然后将预时效铝合金材料进行深冷轧制，轧制使用普通二辊轧机，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量为50%；最后将深冷轧制铝合金材料进行温轧变形，温轧温度通过油浴控制在140℃，每道次变形量为10%，总变形量为80%，深冷轧制和温轧总变形量为90%。
对本实施例得到的铝合金轧制板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为453MPa，抗拉强度为470MPa，伸长率为9.1%。
实施例2
根据图1所示形变热处理工艺，所使用的材料为厚度10mm的6016铝合金。首先对6016铝合金进行560℃/1h固溶处理，水淬至室温；将固溶态铝合金材料立即进行170℃/15min预时效处理；然后将预时效铝合金材料进行深冷轧制，轧制使用普通二辊轧机，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量为60%；最后将深冷轧制铝合金材料进行温轧变形，温轧温度通过油浴控制在130℃，每道次变形量为10%，总变形量为80%，深冷轧制和温轧总变形量为92%。
对本实施例得到的铝合金轧制板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为460MPa，抗拉强度为476MPa，伸长率为8.2%。
实施例3
根据图1所示形变热处理工艺，所使用的材料为厚度10mm的6016铝合金。首先对铝合金进行560℃/1h固溶处理，水淬至室温；将固溶态铝合金材料立即进行180℃/10min预时效处理；然后将预时效铝合金材料进行深冷轧制，轧制使用普通二辊轧机，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量为45%；最后将深冷轧制铝合金材料进行温轧变形，温轧温度通过油浴控制在150℃，每道次变形量为10%，总变形量为85%，深冷轧制和温轧总变形量为92%。
对本实施例得到的铝合金轧制板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为456MPa，抗拉强度为471MPa，伸长率为8.8%。
实施例4
根据图1所示形变热处理工艺，所使用的材料为厚度10mm的6082铝合金。首先对铝合金进行560℃/1h固溶处理，水淬至室温；将固溶态铝合金材料立即进行170℃/15min预时效处理；然后将预时效铝合金材料进行深冷轧制，轧制使用普通二辊轧机，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量为50%；最后将深冷轧制铝合金材料进行温轧变形，温轧温度通过油浴控制在140℃，每道次变形量为10%，总变形量为80%，深冷轧制和温轧总变形量为90%。
对本实施例得到的铝合金轧制板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为463MPa，抗拉强度为482MPa，伸长率为9.5%。
为了进一步验证采用本发明的变形热处理方法得到的铝合金板材的力学性能有明显提高，做了以下三组对比例实验。
对比例1
使用的材料为厚度10mm的6016铝合金。对铝合金进行560℃/1h固溶处理，水淬至室温；将固溶态铝合金材料进行深冷轧制，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量为90%。
对本对比例得到的铝合金轧制板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为392MPa，抗拉强度为408MPa，伸长率为5%。
对比例2
使用的材料为厚度10mm的6016铝合金。将铝合金材料按照传统工艺400℃/50%热轧80%冷轧560℃/1h固溶峰时效T6处理。
对本对比例得到的铝合金板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为268MPa，抗拉强度为308MPa，伸长率为10.4%。
对比例3
使用的材料为厚度10mm的6016铝合金。对铝合金进行560℃/1h固溶处理，水淬至室温；将固溶态铝合金材料进行深冷轧制，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量为90%；最后将轧制态铝合金板材进行长时间低温时效，时效温度为100℃，时效时间为64h。
对本对比例得到的铝合金板材进行室温力学性能测试，结果如表1所示，其中屈服强度为387MPa，抗拉强度为400MPa，伸长率为8.7%。
针对上述所有实施例及对比例铝合金板材进行室温力学性能测试，测试方法采用国标GB/T228.1-2010，结果如表1所示。
表1 实施例及对比例的力学性能
| 工艺 | σ<sub>0.2</sub> (MPa) | σ<sub>b</sub> (MPa) | δ(%) |
| 实施例1 | 453 | 470 | 9.1 |
| 实施例2 | 460 | 476 | 8.2 |
| 实施例3 | 456 | 471 | 8.8 |
| 实施例4 | 463 | 482 | 9.5 |
| 对比例1 | 392 | 408 | 5.0 |
| 对比例2 | 268 | 308 | 10.4 |
| 对比例3 | 387 | 400 | 8.7 |
由表1可以看出，通过比较以上实施例和对比例可知，本发明工艺制得的轧制板材与对比例1中的深冷轧制板材相比，经本工艺加工的铝合金轧制板材强度和塑性都显著提高；与对比例2中传统T6态板材相比，经本工艺加工的轧制板材强度获得大幅提高，同时具有相近的塑性。这是由于本发明中预时效形成的，后进行中等变形量的深冷轧制和大变形量的温轧，能够在基体中产生大量均匀分布的强化相，并且能细化晶粒，改善分错分布，不仅能进一步提高轧制板材强度，而且能改善塑性。对比例3中按照传统方法对深冷轧制板材进行长时间低温时效来改善塑性，但是强度没有提高，这是由于低温下时效产生的强化相数量较少，强化作用被回复软化作用抵消。而本发明中经过预时效产生大量析出相核心，后续温轧变形时，通过应变促进强化相在析出相核心处形成，相比单纯的长时间低温时效，本发明的方法能产生更多的强化相，具有更高的强化效果，获得更好力学性能的同时大大缩短了生产周期。
为了进一步说明采用本发明处理方法获得的铝合金板材具有更高的强度和塑性，给出了实施例1与对比例1-3的工程应力-应变曲线，见图2。从图2中也可以看出，相对于现有的铝合金板材的处理方法，采用本发明的形变热处理方法获得的板材，其强度和塑性都显著提高，突破了传统结构材料强度与塑性不可兼得的瓶颈。
本发明所提供的工艺可有效提高6016铝合金轧制板材的力学性能，同时本发明所提供的工艺原理适用于所有6000系铝合金。
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。
Claims (2)
1.一种提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）固溶处理：将厚度为10mm的6016铝合金板材进行固溶处理，其中，固溶温度为560℃，保温时间1h，随后水淬至室温；
（2）预时效处理：对步骤（1）得到的固溶态铝合金材料立即进行预时效处理，其中，预时效温度170℃，保温时间15min，随后水冷至室温；
（3）深冷轧处理：对步骤（2）得到的预时效态铝合金材料进行多道次深冷轧制变形，其中，深冷轧制温度通过液氮控制在-160℃，每道次变形量为5%，总变形量控制在60%；
（4）温轧处理：对步骤（3）得到的深冷轧制态铝合金材料进行多道次温轧变形，其中，轧制温度通过油浴控制在130℃，每道次变形量10%，总变形量为80%；深冷轧制和温轧总变形量为92%。
2.根据权利要求1所述的提高铝合金轧制板材力学性能的形变热处理方法，其特征在于，所述6016铝合金 也可为6082铝合金。
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