CN104046855A - 耐弯曲高强度铝镁合金制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐弯曲高强度铝镁合金制造方法，包括以下步骤：(a)进行一铝胚浇铸步骤，将4至4.9重量%之镁、小于0.2重量%之硅、小于0.35重量%之铁、小于0.15重量%之铜、0.2至0.5重量%之锰、小于0.1重量%之铬、小于0.25重量%之锌、小于0.1重量%之钛、小于0.15重量%之无法避免的杂质及其余之铝等元素熔融并浇铸成一铝胚；(b)预热该铝胚；(c)热轧延该铝胚；(d)对该铝胚进行第一次冷轧延；(e)对该铝胚进行中间退火热处理，以使该铝胚完全再结晶而软化；(f)对该铝胚进行第二次冷轧延；及(g)对该铝胚进行最终退火热处理，以形成该耐弯曲高强度铝镁合金。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种合金制造方法，特别涉及一种耐弯曲高强度铝镁合金制造方法。
【现有技术】
已知加工硬化型铝镁(Al-Mg)合金因具有良好之强度与阳极处理性能，被广泛应用在轻薄短小需求之3C产业上。已知制造铝镁合金时，大都会采用增加镁(Mg)添加量的方法，使铝材在冷轧延过程中产生加工强化作用，以增加铝材强度。然而，上述经由冷轧后之铝合金（商业上称为H1n，含H12、H14、H16、H18与H19），虽然拥有高强度，但因材料特性中的屈服强度（Yield Strength，简称Y.S.）与抗拉强度（Tensile Strength，简称T.S.）比率高，使得铝镁合金在成形过程中，一旦变形量超过弹性范围（即Y.S.点）而进入塑性变形区，便会容易超过T.S.点，导致颈缩（Necking）现象提早发生，亦即铝镁合金将因缺乏延性（或伸长率）而快速断裂。
因此，一般铝厂为了增加高强度铝镁合金之延性，最常使用H3n与H2n两种调质度之制程，其制程简述如下：
（1） H3n制程：对冷轧后之铝镁合金，再施予150至180℃退火热处理，利用此种回复（Recovery）退火制程，来减少铝镁合金内位错（Dislocation）密度，以降低Y.S./T.S.比率，达到增加铝合金之伸长率和加工性能之目的。
（2） H2n制程：和H3n制程比较，H2n制程无中间退火制程，为直接冷轧法，具有加速生产流程、节省制造成本之优点。其同样是利用最终退火热处理，来减少铝镁合金内位错（Dislocation）密度，以降低Y.S./T.S.比率，达到增加铝合金之伸长率和加工性能之目的。
此外，已由上述制程得知镁含量超过3重量%以上之铝镁合金（例如5086、5083、5456与5182等类型铝镁合金），若在室温长时间曝露或者是处在66至180℃工作环境下，都会促使β(Mg2A13)相于晶界上析出，且随着曝露时间越久，其析出量越大。由于β相比铝镁合金更具阳极性，因此，一旦晶界出现β相将导致铝镁合金容易被腐蚀破坏。此外，晶界有细密析出物时，更容易导致晶界分离而降低铝镁合金之延展性，因为析出物硬度往往高于合金材料本身，且与合金材料密合度不佳，故在成形过程中，微细裂缝最易起始于晶界析出物周缘，然后再沿着晶界传播，导致合金材料成形破裂失败。
另外，从H3n制程可知，150至180℃回复退火热处理，将会促使β相在铝镁合金晶界上析出，其无法完全解决高镁含量(大于4重量%)之铝镁合金的成形性能，甚至退火热处理不当，还会降低合金材料的抗蚀性能。
有鉴于此，有必要提供一创新且具进步性之耐弯曲高强度铝镁合金制造方法，以解决上述问题。
【发明内容】
本发明提供一种耐弯曲高强度铝镁合金制造方法，包括以下步骤：(a)进行一铝胚浇铸步骤，将4至4.9重量%之镁、小于0.2重量%之硅、小于0.35重量%之铁、小于0.15重量%之铜、0.2至0.5重量%之锰、小于0.1重量%之铬、小于0.25重量%之锌、小于0.1重量%之钛、小于0.15重量%之无法避免的杂质及其余之铝等元素熔融并浇铸成一铝胚；(b)预热该铝胚；(c)热轧延该铝胚；(d)对该铝胚进行第一次冷轧延；(e)对该铝胚进行中间退火热处理，以使该铝胚完全再结晶而软化；(f)对该铝胚进行第二次冷轧延；及(g)对该铝胚进行最终退火热处理，以形成该耐弯曲高强度铝镁合金。
本发明运用低冷轧延量制程，使镁含量超过4重量%以上之铝镁合金内部存有适当之应变能，因此在后续退火热处理过程，铝胚强度变化对退火温度高低较不敏感，故当采用批次方式生产时，整炉次20至30吨重之铝卷除可得到较均匀之机械性质外，也因最终退火温度高过晶界β-Mg2A13相最易析出范围（66至180℃），故不易发生类似传统H3n制程中之弯曲成形破裂或腐蚀现象。
【附图说明】
图1显示本发明耐弯曲高强度铝镁合金制造方法流程图。
【实施方式】
图1显示本发明耐弯曲高强度铝镁合金制造方法流程图。请参阅图1之步骤S11，进行一铝胚浇铸步骤，将4至4.9重量%之镁、小于0.2重量%之硅、小于0.35重量%之铁、小于0.15重量%之铜、0.2至0.5重量%之锰、小于0.1重量%之铬、小于0.25重量%之锌、小于0.1重量%之钛、小于0.15重量%之无法避免的杂质及其余之铝等元素在700℃以上高温相互熔融，经过除气、除渣过滤与添加细晶剂后，以一半连续浇铸(Direct Chill Casting)设备将其浇铸成一铝胚。
请参阅步骤S12，预热该铝胚，在此步骤中，预热温度不小于480℃。
请参阅步骤S13，热轧延该铝胚，在此步骤中，因镁含量4重量%以上之铝镁合金属于高加工强化型铝合金，故热轧延温度须介于300至480℃之间，否则过低的热轧延温度将导致铝胚于热轧延过程中产生严重的边裂现象。
请参阅步骤S14，对该铝胚进行第一次冷轧延。
请参阅步骤S15，对该铝胚进行中间退火热处理，以使该铝胚完全再结晶而软化。此中间退火热处理主要是让铝片达到完全退火的软化状态（即俗称之O temper调质度），因此，对退火温度并无特别要求，一般铝合金生产工厂，会视该炉次的热处理铝合金量而定，通常中间退火热处理温度会超过280℃。
请参阅步骤S16，对该铝胚进行第二次冷轧延，在此步骤中，铝胚厚度减薄量（Reduction）须严格控制在25至40%之间，此举可于铝材内部介入适当的冷加工位错（Dislocation)，以使铝镁合金具有高强度性能。此外，在上述范围内之冷加工位错量，对退火温度高低变化较不敏感，因此，能够使后续最终退火热处理温度有宽广之施行范围。
请参阅步骤S17，对该铝胚进行最终退火热处理，以形成该耐弯曲高强度铝镁合金。在此步骤中，退火热处理时间介于2至5小时之间，而退火热处理温度介于210至250℃之间，以避开66至180℃间晶界β-Mg2A13相最易析出范围，如此，可使所形成之铝镁合金具有耐弯曲（高伸长率）、高强度、最终退火温度范围广及不易腐蚀等优点，其中该耐弯曲高强度铝镁合金之伸长率不小于10%，而屈服强度不小于210MPa。
兹以下列实施例详细说明本发明，但本发明不局限于这些实施例所公开的内容。
表1为本发明铝镁合金实施例之化学成份，镁添加主要旨在增加材料的加工强化与强度需求，镁元素添加量为4.6重量%，此值远高于3重量%，故退火热处理制程对晶界β-Mg2A13相析出非常敏感，稍有不慎即易导致成形破坏。
表1. 本发明铝镁合金实施例之化学成份(重量%)
| 硅(Si) | 铁(Fe) | 铜(Cu) | 锰(Mn) | 镁(Mg) | 铬(Cr) | 锌(Zn) | 钛 (Ti) | 铝 (Al) |
| 0.12 | 0.24 | 0.02 | 0.23 | 4.4 | 0.03 | 0.004 | 0.011 | 其余 |
表2为实施例各项质量性能之测试结果。试片1显示铝镁合金经过第二次35%冷轧量之后，在未经任何最终退火热处理时，其屈服强度（Y.S.）与抗拉强度值（T.S.）皆超过400MPa，且由于Y.S./T.S.比高达0.95，而伸长率仅有6.5%，未达一般弯曲成形对材料伸长率下限值10%之要求，故弯曲成形破裂。试片2则完全依据本发明程序制造，将试片1再多施加一道240℃最终退火热处理步骤，可以观察到除伸长率已超出10%达到13.5%之外，Y.S./T.S.比也随之降至0.70，因此具有良好之弯曲成形性能。试片3则凸显第二次冷轧量虽然符合本发明之范围，但若最终退火热处理选择不当，例如选择180℃，则除了Y.S./T.S.比仍偏高达0.80，伸长率还低于10%之要求，此外，由于在晶界β-Mg2A13相最易析出范围（240℃）热处理，将导致弯曲成形过程中裂缝的形成与快速传播而断裂。
表2. 实施例各项质量性能之测试结果
注：弯曲测试为90度0t
为证明本发明具有更宽广之实用性，将第二次冷轧量从35%减少至27%，而最终退火温度无论是采用低温的210℃或者是高温的240℃，都具有优良的强度与弯曲成型性能。从表2数据中进行试片2、试片4及试片5三者之比较，更可发现三者无论在强度、伸长率、Y.S./T.S.比或弯曲测试结果，都非常接近，证实本发明在铝合金生产应用上，拥有相当大的操作范围与质量均匀性之优势。然而，若第二次冷轧量超过40%，例如采用67%高冷轧量，从材料冶金观点来看，冷轧量越高表示材料受外力加工变形量越多，因此材料内部也就拥有高应变能，将更容易激发材料在退火热处理过程瞬间发生再结晶而软化，此现象可从表2中试片6与试片7各项测试数据比较观察到。
试片6显示经67%冷轧之铝镁合金，在230℃进行最终退火热处理时，Y.S.值仍高达279MPa，Y.S./T.S.比也偏高，导致弯曲破裂。试片7为将试片6的最终退火热处理条件稍微提高至240℃，虽然可以通过弯曲成形测试，然Y.S.值却因瞬间软化而快速下降至189MPa，已无法达到Y.S.值高于210MPa以上之要求，对于铝合金生产厂而言，此种67%冷轧制程，类似铝合金生产厂最常采用之H18或H2n调质度制程，希望藉由高冷轧量来提升材料强度，但却因为受限于铝片强度对最终退火温度高低相当敏感，而无法生产出质量均匀之铝合金。上述实施例证实需满足本发明之方法参数，方能生产出质量均匀之铝镁合金。
上述实施例仅为说明本发明之原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明之精神。本发明之权利范围应如权利要求书所列。
Claims (8)
1. 一种耐弯曲高强度铝镁合金制造方法，包括以下步骤：
(a) 进行一铝胚浇铸步骤，将4至4.9重量%之镁、小于0.2重量%之硅、小于0.35重量%之铁、小于0.15重量%之铜、0.2至0.5重量%之锰、小于0.1重量%之铬、小于0.25重量%之锌、小于0.1重量%之钛、小于0.15重量%之无法避免的杂质及其余之铝等元素熔融并浇铸成一铝胚；
(b) 预热该铝胚；
(c) 热轧延该铝胚；
(d) 对该铝胚进行第一次冷轧延；
(e) 对该铝胚进行中间退火热处理，以使该铝胚完全再结晶而软化；
(f) 对该铝胚进行第二次冷轧延；及
(g) 对该铝胚进行最终退火热处理，以形成该耐弯曲高强度铝镁合金。
2. 权利要求1的方法，其中步骤(b)之预热温度不小于480℃。
3. 权利要求1的方法，其中步骤(c)之热轧延温度介于300至480℃之间。
4. 权利要求1的方法，其中步骤(f)之铝胚厚度减薄量介于25至40%之间。
5. 权利要求1的方法，其中步骤(g)之退火热处理温度介于210至250℃之间。
6. 权利要求1的方法，其中步骤(g)之退火热处理时间介于2至5小时之间。
7. 权利要求1的方法，其中所形成之该耐弯曲高强度铝镁合金之屈服强度不小于210MPa。
8. 权利要求1的方法，其中所形成之该耐弯曲高强度铝镁合金之伸长率不小于10%。
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|---|---|---|---|---|
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20140917 |