一種鋁合金中厚板的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋁合金中厚板的加工方法，包括以下步驟：熔煉、除氣過濾、鑄造、鋸切、均質處理、淬火、去殘余應力、時效處理、切片及表面處理，得到鋁合金中厚板。本發(fā)明的鋁合金中厚板組織均勻、內應力低、尺寸精度高、強度高，生產成本較低，具有較好的經濟效益和社會效益。
【專利說明】一種鋁合金中厚板的加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金中厚板，特別是用于工具或模具制造的鋁合金板材(但不限定其使用領域)，本發(fā)明同樣涉及到這種鋁合金板材的制作工藝。
【背景技術】
[0002]鋁合金中厚板是制造工模具的理想材料。與工模具鋼相比，鋁合金的優(yōu)勢表現(xiàn)在:
(I)密度小。鋁材的密度僅為鋼材的三分之一左右，因而鋁合金模具更易于搬運、安裝、使用；(2)熱導率高。鋁合金的熱導率約為鋼的4倍，在生產過程中可縮短零件冷卻時間；(3)切削加工性能好。鋁合金的切削速度可達鋼的5倍，可進行高速切削，顯著縮短工模具制造周期，并降低切削工具的磨損，因而可顯著降低生產成本。
[0003]鋁合金中厚板生產方法可分為鑄錠熱軋法和鑄造法。軋制厚板的典型生產工藝流程如下:配料—熔煉一精煉/除氣/過濾_鑄造一均勻化退火4鋸切頭尾4銑面—預熱_^熱軋_^剪切_^固溶與淬火(僅對2 xxx、6xxx、7xxx系熱處理可強化合金)/退火(對于5xxx系合金或熱處理可強化O態(tài)合金)二?預拉伸-H?超聲波探傷?人工時效(僅對6xxx、7xxx和部分2 XXX系熱處理可強化合金潤流電導率檢測_*-鋸切和精整_^包裝_^入庫或發(fā)貨。鑄造法生產鋁合金中厚板的典型工藝流程如下:配料―熔煉_精煉/除氣/過濾?鑄造_^均勻化退火一切片4銑面_包裝.?入庫或發(fā)貨。
[0004]對工模具用鋁合金中厚板的基本要求是組織均勻、內應力低、尺寸精度高、具有適宜的力學性能。對于6XXX系鋁合金工模板，目前普遍采用熱軋法制備。熱軋法生產鋁合金中厚板具有以下缺點:(1)軋制板材表面變形量比心部大，板材高向組織不均勻；(2)板材經軋制后存在織構，造成各向異性；(3)軋制板材的平面度和厚度只用軋輥控制，精度難把握；(4)軋制過程形成的內應力造成工模具在機加工過程中或使用過程中尺寸不穩(wěn)定；(5)熱軋法工序較多、生產周期長、成本高。鑄造法的缺點是所生產板材的強度較低，影響使用性能，且在高速自由切削時不具備所必需的硬度。
[0005]有關鋁合金中厚板的生產公開文獻有以下報道:
1、中國專利，一種鋁合金熱軋中厚板生產工藝，申請?zhí)?CN200910022261.2申請日:2009.04.28 公開(公告)日:2009.09.23 申請?zhí)?CN200910022261.2 申請日:2009.04.28公開(公告)號:CN101538668 公開(公告)日:2009.09.23申請(專利權)人:中鋁河南鋁業(yè)有限公司；摘要:一種鋁合金熱軋中厚板生產工藝，將鋁合金材料組分按重量百分比是:Fe ( 0.35%,Si ( 0.25%,Cu ( 0.10%,Mn:0.70 ~0.90%,Mg:
4.50 ~4.80%, Cr:0.10 ~0.20%,Zn ( 0.20%,Ti ( 0.10%、其它雜質合計≤ 0.15%,Na ( 5ppm、Ca ( 5ppm，Al:余量；各組份之和為100%;主要工藝流程為:熔煉、銑面、加熱、熱粗軋/熱精軋。本發(fā)明在鋁合金材料加工過程中采用均熱工藝；主要采取銑側面和滾邊兩項措施，解決裂邊問題；控制厚差和板形；控制油斑和擦劃傷；完善了 5083鋁合金熱軋中厚板生產工藝。
[0006]2、中國專利，一種鋁合金中厚板在線淬火方法及實施該方法的設備申請?zhí)?CN201210009081.2，申請日:2012.01.10 公開(公告)日:2012.06.27 申請?zhí)?CN201210009081.2 申請日:2012.01.10 公開(公告)號:CN102517526A 公開(公告)日:2012.06.27申請(專利權)人:中冶東方工程技術有限公司；摘要:一種鋁合金中厚板在線淬火方法及實施該方法的設備，該在線淬火方法包括以下幾個步驟:A補溫:對經過熱粗軋溫度為350~430°C的鋁板進行補溫操作，將溫度控制在450~550°C ；B保溫:對經過補溫操作的鋁板進行保溫操作，保溫時間30~IOOmin ;(:在線淬火:對經過保溫操作的鋁板，或對熱粗軋終軋溫度> 450°C的鋁板直接進行淬火操作，其中該淬火采用兩段式冷卻方式，在第一階段將溫度急冷至290°C以下，在第二階段將溫度快冷至200°C。該工藝省去了離線再加熱工序，縮短工藝流程，節(jié)約了能源，降低了生產成本。
[0007]3、中國專利，一種鋁合金中厚板的生產工藝，申請?zhí)?CN201110343119.5，公開(公告)H:2013.05.08，申請?zhí)?CN201110343119.5，公開(公告)號:CN103088274A 公開(公告)日:2013.05.08申請(專利權)人:精美鋁業(yè)有限公司；摘要:一種鋁合金中厚板的生產工藝，具體工藝流程為:熔煉-鑄造-鋸切-銑面-加熱-熱軋-熱處理，所述熱處理的過程依次為:淬火-整平-淬火-整平-時效，該熱處理工序可有效減少鋁合金在機械加工過程中留下的表面殘余應力，從而提高鋁合金板材的表面性能和使用壽命等。
[0008]4、中國專利，一種新型淬火用噴嘴梁裝置申請?zhí)?CN201210467016.4申請日:2012.11.19 公開(公告)日:2013.03.13 申請?zhí)?CN201210467016.4，公開(公告)號:CN102965485A公開(公告)日:2013.03.13申請(專利權)人:蘇州新長光熱能科技有限公司；摘要:一種適用于中厚鋁合金板材連續(xù)淬火的新型淬火用噴嘴梁裝置，其包括:上部U型鋼板、下部U型鋼板、堵板、多個噴嘴體和噴頭；其中，上部U型鋼板、下部U型鋼板及兩塊堵板焊接形成一個箱體，噴嘴體焊接于下部U型鋼板上，噴頭固定在噴嘴體上。本發(fā)明的新型淬火用噴嘴梁裝置結構簡單，冷卻水出口速度高，冷卻均勻，板材變形小，設備腐蝕小且不會造成環(huán)境污染，完全可以滿足輥底爐機列生產鋁合金中厚板的工藝要求。
[0009]5、中國專利，鋁`合金中厚板固溶處理用快速冷卻裝置申請?zhí)?CN201220557836.8，公開(公告)日:2013.04.17申請?zhí)?CN201220557836.8申請日:2012.10.29公開(公告)號:CN202881352U 公開(公告)日:2013.04.17申請(專利權)人:蘇州新長光熱能科技有限公司；摘要:本實用新型涉及鋁合金中厚板固溶處理用快速冷卻裝置，包括:下噴嘴梁、上噴嘴梁、空氣刀、提升裝置、殼體、傳輸鋁合金中厚板的輥道及其驅動裝置、供水管路以及與供水管路相連的冷卻水系統(tǒng)，空氣刀設在殼體的前端，通過型鋼固定在提升裝置的框架上，下噴嘴梁設在輥道間，用螺栓固定在殼體框架上，上噴嘴梁與提升裝置固定連接，下噴嘴梁和上噴嘴梁上設有多個噴嘴，供水管路通過管道與上噴嘴梁和下噴嘴梁相連。該裝置用于鋁合金中厚板的固溶處理生產線時，能夠快速、均勻地對鋁合金中厚板進行冷卻，板材變形小，沒有環(huán)境污染；且，整個裝置完全自動化，生產效率高。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的是公開一種組織均勻、內應力低、強度大、尺寸精度高、具有適宜的力學性能的工具或模具用鋁合金中厚板材，并公開了生產成本低、可提高板材性能的生產工藝，該鋁合金中厚板可以用于工具或模具，也可作為其它方面的用途。
[0011]本發(fā)明所述的鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:包括以下工序:(1)熔煉:各種原材料按照重量百分比混合，加入重量含量1-5%的熔煉劑加熱至600~ 1000°C，使物料熔化，保溫I~IOh ;
(2)除氣過濾:在熔化的鋁液中通入氬氣和氯氣的混合氣體進行除氣，然后用剛玉管過濾器除去鋁熔體中的不熔物；
(3)鑄造:將除氣過濾的鋁液進行澆注，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯；
(4)鋸切:將鋁合金錠坯切成6~300mm厚的板材；
(5)均質處理:將板材在450~600°C進行I~24h的均勻化處理，所述的均勻化過程是將板材置于均熱爐中加熱保溫；
(6)淬火:均勻化處理后，立即對板材進行噴淋式淬火；
(7)去殘余應力:根據(jù)淬火后板材的平面度大小，選擇性地對淬火后的板材進行拉伸處理，以去除殘余應力；若淬火后板材平面度大于0.5mm/m,則應在24小時內進行拉伸處理， 所用設備為拉伸機；
(8)時效處理:將板材在100°C~300°C進行2~20h的時效處理；
(9)切片及表面處理:將板材切成一定厚度的鋁合金中厚板；根據(jù)需要，可將經過切片工序后的鋁合金中厚板進行表面光滑處理；
(10)成品:經過以上工序，得到鋁合金中厚板。
[0012]上述第(I)步所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。
[0013]上述第(6 )步的淬火中，所使用的噴淋液體是自來水，噴淋式淬火是控制板材的冷卻速度在0.rc /秒鐘~io°c /秒鐘；
上述第(8)步的時效處理是將板材置于時效爐中加熱保溫`上述第(9)步的所述的表面光滑處理是采用銑削法、磨削法和研磨法中選擇其中一種或兩種以上的方法。
[0014]本發(fā)明所述的鋁合金中厚板的加工方法，鋁合金中厚板的包括以下重量百分比的原料:
Si 0.2 ~1.5% ；Mg 0.2 ~1.4% ；Cu 0.1 ~1.0% ；Cr 0.02 ~0.4% ；Mn 0 ~1.0% ；Fe 0 ~0.7% ；Zn 0 ~0.3% ；Ti 0 ~0.2% ；V 0 ~0.3% ；Zr 0 ~0.2% ;余量為 Al。
[0015]本發(fā)明產生的積極效果:
1、本發(fā)明所述的鋁合金中厚板材，具有較高的淬透性。所述生產工藝穩(wěn)定，成品率高。
[0016]2.本發(fā)明的鋁合金中厚板硬度大、強度高、內應力低、尺寸精度高，能夠滿足工具及模具對模具材料的機械性能要求，制成的模具尺寸精度高，不易變形、開裂，使用壽命長。
[0017]3.與熱軋法制備的鋁合金中厚板相比，本發(fā)明的鋁合金中厚板組織均勻、無織構、內應力低、尺寸精度高，且制備工序減少、生產周期短、成本降低。
[0018]4、將鋁合金中厚板材置于熱爐中加熱保溫均質處理，能夠使得整塊板材質量更加均勻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明鋁合金中厚板的生產工藝流程圖。
[0020]具體過程如下:
將原料進行熔煉、除氣和過濾，鑄造、鋸切、均質處理、淬火、去殘余應力、時效處理、切片及表面處理，得到鋁合金中厚板。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
按照 Si 0.2 Kg ； Mg 0.5 Kg ； Cu 1.0 Kg ； Cr 0.22 Kg ； Fe 0.1kg ； Zn 0.3Kg ； Ti0.02 Kg； V 0.2 Kg; Zr 0.02 Kg和Al 97.44 Kg混合，加入重量含量2%的熔煉劑，然后加熱物料至600~1000°C，使物料保持熔融狀態(tài)I~10h，過濾除去鋁熔體中的不熔物，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯，將鋁合金錠坯鋸切成6_厚度的板材；將板材在480°C下保溫4h，之后對板材立即采用噴淋式的淬火，控制板材的冷卻速度約為10°C /秒；將淬火后的板材進行預拉伸，接著在130°C下將板材進行20h的時效處理，經過時效處理的板材切成一定的厚度，然后用銑削法、磨削法將其表面進行光滑處理，得到鋁合金中厚板，包裝入庫。
[0022]所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。
[0023]實施例2
按照 Si 0.6 Kg ； Mg 0.9 Kg ； Cu 0.8 Kg ； Cr 0.09 Kg ； Mn 0.1kg ； Zn 0.05Kg ； Ti0.05 Kg; V 0.02 Kg; Zr 0.08 Kg和Al 97.31 Kg混合，加入重量含量3%的熔煉劑，然后加熱物料至600~1000°C，使物料保持熔融狀態(tài)I~10h，過濾除去鋁熔體中的不熔物，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯，將鋁合金錠坯鋸切成20mm厚度的板材；將板材在520°C下保溫3h，之后對板材立即采用噴淋式的淬火，控制板材的冷卻速度約為8°C /秒；將淬火后的板材進行預拉伸，接著在160°C下將板材進行15h的時效處理,經過時效處理的板材切成一定的厚度，然后用銑削法、磨削法將其表面進行光滑處理，得到鋁合金中厚板，包裝入庫。
[0024]所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。
`[0025]實施例3
按照 Si 0.8 Kg ； Mg 1.2 Kg ； Cu 0.6 Kg ； Cr 0.02 Kg ； Mn 1.0kg ； Fe 0.3Kg ； Ti0.12 Kg； V 0.3 Kg和Al 95.66 Kg混合，加入重量含量4%的熔煉劑，然后加熱物料至600~1000°C，使物料保持熔融狀態(tài)I~10h，過濾除去鋁熔體中的不熔物，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯，將鋁合金錠坯鋸切成50mm厚度的板材；將板材在550°C下保溫2h，之后對板材立即采用噴淋式的淬火，控制板材的冷卻速度約為6°C /秒；將淬火后的板材進行預拉伸，接著在220°C下將板材進行3h的時效處理，經過時效處理的板材切成一定的厚度，然后用銑削法、研磨法將其表面進行光滑處理，得到鋁合金中厚板，包裝入庫。
[0026]所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。
[0027]實施例4
按照 Si 1.2 Kg ； Mg 1.4 Kg ； Cu 0.4 Kg ； Cr 0.3 Kg ； Mn 0.3kg ； Fe 0.7Kg ；Zn0.12Kg ； Ti 0.2 Kg; Zr 0.2 Kg和Al 95.18 Kg混合，加入重量含量5%的熔煉劑，然后加熱物料至600~1000°C，使物料保持熔融狀態(tài)I~10h，過濾除去鋁熔體中的不熔物，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯，將鋁合金錠坯鋸切成100_厚度的板材；將板材在560°C下保溫lh，之后對板材立即采用噴淋式的淬火，控制板材的冷卻速度約為4°C /秒；接著在170°C下將板材進行14h的時效處理，經過時效處理的板材切成一定的厚度，然后用銑削法、磨削法和研磨法將其表面進行光滑處理，得到鋁合金中厚板，包裝入庫。
[0028]所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。[0029]實施例5
按照 Si 1.5 Kg ； Mg 1.2 Kg ； Cu 1.0 Kg ； Cr 0.4 Kg ； Mn 0.6kg ； Fe 0.5Kg ；Zn
0.21Kg ； V 0.06Kg ；Zr 0.13 Kg和Al 96.20 Kg混合，加入重量含量3%的熔煉劑，然后加熱物料至600~1000°C，使物料保持熔融狀態(tài)I~10h，過濾除去鋁熔體中的不熔物，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯，將鋁合金錠坯鋸切成200mm厚度的板材；將板材在480°C下保溫24h，之后對板材立即采用噴淋式的淬火，控制板材的冷卻速度約為1°C /秒；接著在250°C下將板材進行2h的時效處理，經過時效處理的板材切成一定的厚度，然后用銑削法、磨削法和研磨法將其表面進行光滑處理，得到鋁合金中厚板，包裝入庫。
[0030]所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。
[0031]實施例6
按照 Si 0.65 Kg ； Mg 0.8 Kg ； Cu 0.5 Kg ； Cr 0.12 Kg ； Mn 0.4kg ； Fe 0.2Kg ；Zn 0.15Kg ； Ti 0.08Kg ；V 0.1Kg ；Zr 0.10 Kg 和 Al 96.90 Kg 混合，加入重量含量 1% 的熔煉劑，然后加熱物料至600~1000°C，使物料保持熔融狀態(tài)I~10h，過濾除去鋁熔體中的不熔物，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯，將鋁合金錠坯鋸切成300_厚度的板材；將板材在540°C下保溫24h，之后對板材立即采用噴淋式的淬火，控制板材的冷卻速度約為0.5°C /秒；接著在180°C下將板材進行IOh的時效處理,經過時效處理的板材切成一定的厚度,然后用銑削法、磨削法和研磨法將其表面進行光滑處理，得到鋁合金中厚板，包裝發(fā)貨。
[0032]所述的熔煉中，通入氬氣進行精煉，并施加電磁攪拌。
[0033]表1實施例1~6板材的性能
【權利要求】
1.一種鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:包括以下工序:(1)熔煉:各種原材料按照重量百分比混合，加熱至600~1000°C，使物料熔化，保溫I~IOh ；(2)除氣過濾:在熔化的鋁液中通入氬氣和氯氣的混合氣體進行除氣，然后用剛玉管過濾器除去鋁熔體中的不熔物；(3)鑄造:將除氣過濾的鋁液進行澆注，冷卻至室溫，得到鋁合金錠坯；(4)鋸切:將鋁合金錠坯切成6~300mm厚的板材；(5)均質處理:將板材在450~600°C進行I~24h的均勻化處理，所述的均勻化過程是將板材置于均熱爐中加熱保溫；(6)淬火:均勻化處理后，立即對板材進行噴淋式淬火；(7)去殘余應力:根據(jù)淬火后板材的平面度大小，選擇性地對淬火后的板材進行拉伸處理，以去除殘余應力；若淬火后板材平面度大于0.5mm/m，則應進行拉伸處理，所用設備為拉伸機；(8)時效處理:將板材在100°C~300°C進行2~20h的時效處理；(9)切片及表面處理:將板材切成一定厚度的鋁合金中厚板；根據(jù)需要，可將經過切片工序后的鋁合金中厚板進行表面光滑處理，(10)成品:經過以上工序，得到鋁合金中厚板。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:第(I)步的熔煉中， 通入氬氣進行精煉,并施加電磁攪拌。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:第(6)步的淬火中， 所使用的噴淋液體是自來水，噴淋式淬火是控制板材的冷卻速度在0.rc /秒鐘~io°c / 秒鐘。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:第(8)步的時效處理是將板材置于時效爐中加熱保溫。
5.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:所述的表面光滑處理是采用銑削法、磨削法和研磨法中選擇其中一種或兩種以上的方法。
6.權利要求1所述的鋁合金中厚板的加工方法，其特征在于:鋁合金中厚板的包括以下重量百分比的原料:Si 0.2 ~1.5% ；Mg 0.2 ~1.4% ；Cu 0.1 ~1.0% ；Cr 0.02 ~0.4% ；Mn 0 ~1.0% ；Fe 0 ~0.7% ；Zn 0 ~0.3% ；Ti 0 ~0.2% ；V 0 ~0.3% ；Zr 0 ~0.2% ;余量為 Al。
【文檔編號】C22C21/18GK103602839SQ201310476567
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】何克準, 鄭玉林, 周文標, 唐偉, 彭自業(yè), 趙茂密 申請人:廣西南南鋁加工有限公司