一种改善铝合金性能的连续正交轧制方法与流程

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种改善铝合金性能的连续正交轧制方法。

背景技术：

铝及其合金在现代工业中有着非常重要的地位，应用十分广泛。作为一种工业生产中的常用材料，它本身就具有很多的优势，比如重量轻、耐腐蚀、导电导热性能好、塑性成型性能优越以及实用价格低等。因此，在航空航天、建筑、汽车制造等领域有着广泛的需求。

铸态金属由于铸造缺陷的存在，使得其性能表现不佳，往往不能满足工业生产需求，因此众多学者对如何提高铸态金属的性能展开研究。一般地通过对铸态金属进行后期的加工可以有效地改善其性能，而普通的沿着轧制方向进行轧制加工的工艺方法虽然可以提高其强度，但是会有延伸率和塑性变形能力下降等问题。就如何能保证金属合金强度的同时，其塑性变形能力也得到提高，这是目前所急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种改善铝合金性能的连续正交轧制方法，提高铸造铝合金的强度和延伸率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种改善铝合金性能的连续正交轧制方法，其流程图如图1所示，该轧制方法具体按以下步骤进行：

1）将模具置于温度为240～250℃的环境中预热30~40min，得到预热后的模具；

2）按公式(m1×50%)/(m1+m2)=5%计算纯铝锭和中间合金（alcu50）的质量占比，式中，m1为中间合金的质量，m2为纯铝锭的质量；分别取质量满足该公式的纯铝锭和中间合金，将纯铝锭加热至熔化，在熔融的铝液中加入中间合金，待中间合金熔化后，静置1～2min，充分搅拌，除渣后，得到合金熔液；将合金熔液浇铸到预热后的模具中，凝固之后，切除冒口，得到铸态合金粗胚；

或者，按公式(m1×50%)/(m1+m2)=5%计算纯铝锭和中间合金（alcu50）的质量占比，式中，m1为中间合金的质量，m2为纯铝锭的质量；分别取质量满足该公式的纯铝锭和中间合金，将纯铝锭加热至熔化，在熔融的铝液中加入中间合金，待中间合金熔化后，静置1～2min，充分搅拌，除渣后，得合金熔液；当合金熔液温度降至750℃时，加入细化剂，细化剂的质量为纯铝锭质量与中间合金质量之和的0.5%，充分搅拌，除渣后，浇铸到预热后的模具中，凝固之后，切除冒口，得到铸态合金粗胚；

细化剂采用al5ti1b细化剂。加入细化剂后使晶粒细化，铸造组织更加均匀。

3）将铸态合金粗胚放入热处理炉中，升温至400～450℃，保温30～40min后，进行热轧；铸态合金粗胚通过轧辊后，形成初次热轧胚，将该初次热轧胚的沿轧制方向的两个正交平面进行90°正交旋转，然后，使其再次通过轧辊进行轧制，之后，将其放入热处理炉中，在400～450℃温度下，保温6～10min，等待下一次正交轧制；

在正交旋转后再次轧制过程中要保持初次热轧胚不发生偏转。

4）将轧辊辊缝缩小1～2mm，重复步骤3），接着，多次重复步骤3），多次重复过程中，每一次轧制前均需减小轧辊辊缝，使得每次轧制的压下量为5～10%；直至得到厚度6～8mm的胚料；

步骤4）中每次轧制过程中，要保持热轧胚料不发生偏转。

5）调节轧辊辊缝，轧制胚料，最终使得铸态合金粗胚总的压下量为60～80%，制得所需的正交轧制态产品。

本发明制作方法工艺简单，制备效率高，成本低，通过正交轧制方法解决了合金性能不佳、组织不均匀的问题，提高了合金的强度和延伸率，力学性能明显提高。相比于铸造态样品和未进行正交轧制的产品，正交轧制后的铸态组织更加均匀，消除了一些铸造缺陷，性能有很大的提升。

附图说明

图1是本发明轧制方法的流程示意图。

图2是实施例1制得的正交轧制态产品、实施例1制得的铸态合金粗坯和对比例1制得的轧制产品的工程应力-应变曲线图。

图3是实施例2制得的正交轧制态产品、实施例1制得的铸态合金粗坯和对比例2制得的轧制产品的工程应力-应变曲线图。

图4是铸态合金粗胚的组织图。

图5是对比例1制得的轧制产品、实施例1制得的正交轧制态产品和实施例2制得的正交轧制态产品的组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

将模具置于温度为250℃的保温炉中预热30min，得到预热后的模具；将1687.5g纯铝锭放入熔炼炉中，加热至熔化，在熔融的铝液中加入187.5g中间合金（alcu50），待中间合金熔化后，静置2min，充分搅拌，除去表面浮渣，浇铸到预热后的模具中，切除冒口，得到规格为100mm×19.6mm×19.6mm（长×宽×厚）的铸态合金粗胚；然后，将铸态合金粗胚放入热处理炉中，升温至400℃，保温40min。在保温过程中将轧机轧辊的转速调为10r/min。接下来，将保温后的铸态合金粗胚送入轧辊，进行热轧，形成初次热轧胚，将该初次热轧胚沿轧制方向的两个正交平面正交旋转90°后，再次通过轧辊轧制，在正交旋转后再次轧制过程中要保持初次热轧胚不发生偏转；之后，将初次正交轧制样放入温度为400℃的热处理炉中，保温10min，将轧辊辊缝缩小1mm，对再次加热后的样品进行热轧，随后，正交旋转90°，进行轧制，如此反复进行热轧和正交旋转90°后再次轧制，直至得到厚度7mm的胚料；此时，停止正交旋转，调节轧辊辊缝，轧制该胚料，最终将其轧制成平板样，使铸态合金粗坯的总压下量达到80%，轧制结束，得到正交轧制态产品。

对比例1

按实施例1的方法制得铸态合金粗胚；将该铸态合金粗胚只经过多道次的热轧，轧制成平板样，热轧过程中不进行正交旋转，得到总的压下量为80%的轧制品。

实施例2

将模具置于温度为240℃的保温箱中预热30min，得到预热后的模具；将1705.5g纯铝锭放入熔炼炉内，加热至熔化，在熔融的铝液中加入189.5g中间合金，待中间合金熔化后，静置1min，充分搅拌，除去表面浮渣，得到合金熔液；当合金熔液温度降至750℃时，加入9.475g细化剂（al5ti1b），充分搅拌后，浇铸到预热后模具中，凝固，切除冒口，得到规格为100mm×19.6mm×19.6mm的铸态合金粗胚，然后，将铸态合金粗胚放入热处理炉中，升温至450℃，保温30min；在保温过程中将轧机轧辊的转速调为10r/min。接着将保温后的铸态合金粗胚送入轧辊，粗胚首次通过轧辊后，形成初次热轧胚，将该初次热轧胚沿轧制方向的两个正交平面正交旋转90°后，使其再次通过轧辊，在正交旋转后再次轧制过程中要保持初次热轧胚不发生偏转；然后，将初次正交轧制样品再放入温度为450℃的热处理炉中，保温6min；将轧辊辊缝减小2mm，对再次保温后的样品进行热轧，随后正交旋转90°，再次轧制，如此反复进行热轧和正交旋转90°后再次轧制，直至得到厚度6mm的胚料；此时，停止正交旋转，调节轧辊辊缝，轧制胚料，最终使铸态合金粗胚总的压下量为70%，得到正交轧制态产品。

对比例2

按实施例2的方法制得铸态合金粗胚；将该铸态合金粗胚只经过多道次的热轧，轧制成平板样，热轧过程中不进行正交旋转，最后总的压下量为70%，制得轧制品。

实施例1制得的正交轧制态产品、实施例1制得的铸态合金粗坯和对比例1制得的轧制品的工程应力-应变曲线图，如图2所示。从图2可以看出，实施例1制得的正交轧制态产品的力学性能明显提高，说明本发明正交轧制方法可以有效地改善铸态铝合金的性能。

实施例2制得的正交轧制态产品、实施例2制得的铸态合金粗坯和对比例2制得的轧制品的工程应力-应变曲线图，如图3所示。图3显示，加入细化剂后正交轧制态产品的强度和延伸率相比于铸态产品和没有正交轧制的轧制产品有了明显提升，说明本发明正交轧制方法可以有效地改善铝合金的性能。

图4是未加入细化剂的铸态合金粗坯（实施例1）的组织图（图4a）和加入细化剂的铸态合金（实施例2）的组织图（图4b）。从图中看出，加入细化剂的合金组织更加均匀细小，说明加入细化剂后合金组织得到了细化，组织变得均匀，消除了一些铸造缺陷，性能有很大的提升。

图5是对比例1制得的轧制品的组织图（图5a）、实施例1制得的正交轧制态产品的组织图（图5b）和实施例2制得的正交轧制态产品的组织图（图5c）。图5a的组织图取自轧制方向（rd）与法向（nd）所组成的平面上，图5b也是取自该平面，图5c取自横向（td）与法向（nd）所组成的平面上，通过不同平面上组织的对比发现正交轧制后的组织更加均匀，说明本发明正交轧制方法可以使组织更加均匀。

实施例3

将模具置于温度为245℃的保温炉中预热40min，得到预热后的模具；将1723.5g纯铝锭放入熔炼炉内，加热至熔化，在熔融的铝液中加入191.5g中间合金，待中间合金熔化后，静置1.5min，充分搅拌，除去表面浮渣，得到合金熔液；当合金熔液温度降至750℃时，加入9.575g细化剂（al5ti1b），充分搅拌后，浇铸到预热后模具中，凝固之后，切除冒口，得到规格为100mm×19.6mm×19.6mm的铸态合金粗胚；然后，将铸态合金粗胚放入热处理炉中，升温至425℃，保温35min；在保温过程中将轧机轧辊的转速调为10r/min。接着将保温后的铸态合金粗胚送入轧辊，粗胚首次通过轧辊后，形成初次热轧胚，将该初次热轧胚沿轧制方向的两个正交平面正交旋转90°后，使其再次通过轧辊，在正交旋转后再次轧制过程中要保持初次热轧胚不发生偏转；然后，将初次正交轧制样品再放入温度为425℃的热处理炉中，保温8min；将轧辊辊缝缩小1.5mm，将保温后的样品进行热轧，之后，正交旋转90°，再次轧制，如此反复进行热轧和正交旋转90°后再次轧制，直至得到厚度8mm的胚料；此时，停止正交旋转，调节轧辊辊缝，轧制胚料，使铸态合金粗胚总的压下量为60%，得到正交轧制态产品。