一种船用5083铝合金型材的加工工艺

摘要

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种船用5083铝合金型材的加工工艺，通过对在线挤压完成后的铝合金型材直接进行人工退火处理，退火制度为(320‑350)℃×(3‑5)h，使得材料在组织上由挤压变形组织转化为退火组织，产品表面的硬度由挤压状态下的30HRB左右下降到26HRB左右，通过前期退火过程处理使得材料的硬度降低并且后期可加工或可拉伸性能得到提高，材料更软；退火后的拉伸工艺为：在挤压型材长度为25000mm时，拉伸机的拉伸行程位移范围设定为1250～2250mm，拉伸速度范围设定为40～20mm/s，拉伸变形率为5～9％，对挤压后的5083铝合金型材进行拉伸加工后，5083铝合金型材的力学性能在屈服强度≥215MPa、抗拉强度≥300MPa、断后延伸率≥10％，5083铝合金型材的力学性能完全符合5083‑H116状态下的性能要求。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种船用5083铝合金型材的加工工艺。

背景技术

船舶的工作环境要求其结构材料具有高的比强度、韧性、耐蚀性、抗疲劳、抗冲击及良好的焊接性等综合性能，尤其是行驶在海洋环境中的船舶，因海水含有大量的Cl^-，是一种典型的电解溶液，具有很强的腐蚀性，在这种强腐蚀环境及应力作用下，更要求船用材料具有优异的抗电化学腐蚀及抗应力腐蚀性能。在传统材料中，虽然钢铁及高分子基复合材料在船舶制造中有大量的应用，但是铝合金材料具有钢铁及高分子材料不具备的一系列综合性能，高比强度和耐蚀性、优良的加工成形性和焊接性、易回收及抗老化等特点使得铝合金在船舶制造上的应用越来越多，并且潜力巨大、前景广阔。

目前5xxx系铝合金，具有较高的强度、良好的塑性、抗蚀性及焊接性，在制作船板、船外壳、船体下层结构中显示了其重要地位，是建立船体结构的重要材料。

5083H112中H1表示单纯加工硬化状态，未经附加热处理；加工硬化代号H后面的第二位数字(1-9)表示产品的加工硬化程度；加工硬化代号H后面第三位数字的含义，H112表示适用于热加工成型的合金产品，对其力学性能有规定要求。

5083高镁铝合金由于其具有较高的耐腐蚀及可焊接性被广泛的应用在船舶航海等领域，但是在挤压生产过程的主要问题是产品的屈服强度低，产品的性能虽然可以满足《css材料与焊接规范》中5083-H112的性能要求即：屈服强度(140MPa～160MPa)≥125MPa，抗拉强度(295MPa～310MPa)≥270MPa，断后延伸率22％～25％≥10％，但是在实际材料应用过程中往往需要产品具有更高的强度并且具有较好的耐蚀性能即5083-H116状态下的力学性能及耐蚀性能。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有的5083挤压板材只能生产5083-H112状态下的产品，5083-H112状态下产品的屈服强度过低，无法满足船舶舰艇中使用需求的问题，提供一种船用5083铝合金型材的加工工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种船用5083铝合金型材的加工工艺，包括以下步骤：

A、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：Si：≤0.4％，Fe：≤0.4％，Cu：≤0.10％，Mn：≤0.7％～0.9％，Mg：4.6％～4.8％，Zn：≤0.25％，Ti：≤0.15％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；

B、将熔铸后的铝合金铸锭在520～540℃均质化处理16h后，置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到5083铝合金型材；

C、将挤压后的5083铝合金型材进行人工退火，退火温度为320～350℃，退火时间为3～5h；

D、将退火处理后的5083铝合金型材置于拉伸机中进行拉伸，其中5083铝合金型材的拉伸变形率≤10％，拉伸机的拉伸速度≤60mm/s；

E、将步骤D拉伸后的5083铝合金型材进行淬火处理；

F、将步骤E淬火后的5083铝合金型材进行时效热处理。

进一步，步骤B均质化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，挤压机挤压筒头部的加热温度为440～460℃，中部的加热温度为440～460℃，尾部的加热温度为370～390℃。

进一步，步骤B挤压后的5083铝合金型材厚度为5～7mm，宽度为240～280mm。

进一步，步骤B挤压后的5083铝合金型材厚度为6mm，宽度为250mm。

进一步，步骤D拉伸后的5083铝合金型材拉伸长度范围为10000～40000mm，拉伸后的5083铝合金型材宽度≤700mm。

进一步，步骤E淬火处理的淬火方式为风冷和雾化冷却同步的方式，淬火后的5083铝合金型材温度为80～100℃。

进一步，步骤F时效温度为180～220℃，时效时间为3～8h。

本发明的有益效果在于：

1、本发明船用5083铝合金型材的加工工艺，原有的生产工艺只能挤压生产5083-H112状态的产品，并且产品的屈服强度远远低于实际使用需求值，无法生产5083-H116状态的产品。现通过对在线挤压完成后的产品直接进行人工退火处理，退火制度为(320-350)℃×(3-5)h，使得材料在组织上由挤压变形组织转化为退火组织，产品表面的硬度由挤压状态下的30HRB左右下降到26HRB左右，通过前期退火过程处理使得材料的硬度降低并且后期可加工或可拉伸性能得到提高，材料更软。并且通过退火处理过程可以使得5083合金中的β相在晶界处长大并且不会形成网格膜连续状，这样就大大提高了材料的耐蚀性能，然后对经过退火处理的产品进行拉伸硬化处理，拉伸过程如下：在挤压型材长度为25000mm时，拉伸机的拉伸行程位移范围设定为1250～2250mm，拉伸速度范围设定为40～20mm/s，拉伸变形率为5～9％进行拉伸加工后，5083铝合金型材的力学性能在屈服强度(240MPa-280MPa)≥215MPa、抗拉强度(310MPa-320MPa)≥300MPa、断后延伸率A50(19％-14％)≥10％，5083铝合金型材的力学性能完全符合5083-H116状态下的性能要求。拉伸过程中材料的晶格会沿着拉伸方向变长，塑性变形时增加位错密度是合金加工硬化的本质，铝合金的冷塑性变形通过常规的晶体内部滑移过程来进行，随着变形程度的增大，晶粒及晶间物质沿着变形方向拉长，再次形成纤维组织，5083铝合金型材的拉伸强化过程使得晶格之间的位错浓度增大从而产生钉扎作用进而对5083铝合金晶粒度间进行强化。正常挤压生产工艺中，挤压完成的产品经过(0.5％-1.5％)在线拉伸处理后，产品再经过稳定化处理过程，当稳定化处理温度分别为120℃、220℃、320℃，保温时间为(2-5)h处理后，产品的力学屈服强度分别在180MPa、160MPa、140MPa，随着稳定化温度及保温时间的延长等参数的改变，产品的力学性能的屈服强度均会随之下降，这是由于退火处理过程改了的材料由加工硬化产生的晶界位错浓度，产品的晶间耐腐蚀性能分别为(8-10)mg/cm²、(6-8)mg/cm²、(4-6)mg/cm²，产品的耐晶间腐蚀性能虽然会随着温度升高及保温时间的延长而提高，但是性能也会损失过大，耐腐蚀性之所以会升高是由于产品的晶间的相会随着温度的升高而长大，在晶粒间的分布更加的不连续。本专利通过先对产品进行退火处理，使得产品具有更高的耐腐蚀性，然后再利用500T卧室拉伸机对产品进行拉伸工艺参数的合理调节，使得通过挤压生产、稳定化处理、拉伸过程控制等三个阶段生产出了力学性能远远高于原有5083H112即GB/T6892中要求：屈服强度≥125MPa、抗拉强度≥270MPa、断后延伸率≥10％。并且产品的耐晶间腐蚀性能达到(2-3)mg/cm²≤15mg/cm²(《中国船级社材料与焊接规范》中的要求)。不同拉伸变形率处理后的5083铝合金型材产品在经过G66以及G67等腐蚀检测方法检验后，5083铝合金型材产品的检测结果分别为G66检测均为N级，G67晶间腐蚀检测结果为(2-3)mg/cm²远小于标准要求的单位面积质量损失15mg/cm²。对拉伸变形参数的合理设置，有效的解决了5083铝合金型材在线挤压型材屈服性能过低的情况，实现了5083-H116挤压态型材的成功开发，改变了5083-H116铝合金型材产品只能生产轧制板材的情况。

2、本发明船用5083铝合金型材的加工工艺，通过利用500T液压拉伸机进行拉伸并且合理的设定拉伸位移及拉伸变形速度等参数，有效的提高了5083挤压型材的力学性能，生产调试出了5083-H116挤压状态下的产品。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1：

一种船用5083铝合金型材的加工工艺，包括以下步骤：

A、配料：5083铝合金铸锭各元素质量百分数配比如下：

元素SiFeCuMnMgZnTi杂质Al含量0.400.400.100.704.800.250.150.15余量

将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；

B、将熔铸后的铝合金铸锭在540℃均质化退火16h后，置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到5083铝合金型材，其中5083铝合金型材的长度为25000mm；

C、将挤压后的5083铝合金型材进行人工退火，退火温度为350℃，退火时间为5h；

D、将挤压后的5083铝合金型材置于拉伸机中进行拉伸，5083铝合金型材拉伸变形率为1％，5083铝合金型材的最大拉伸位移为250mm，拉伸机的拉伸速度60mm/s；

E、将步骤D拉伸后的5083铝合金型材进行淬火处理，淬火处理的淬火方式为风冷和雾化冷却同步的方式，淬火后的5083铝合金型材温度为80～100℃；

F、将步骤E淬火后的5083铝合金型材进行时效热处理，时效温度为180～220℃，时效时间为5h。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于步骤D中5083铝合金型材的拉伸变形率为3％，5083铝合金型材的最大拉伸位移为750mm，拉伸机的拉伸速度50mm/s。

实施例3：

实施例3与实施例1的区别在于步骤D中5083铝合金型材的拉伸变形率为5％，5083铝合金型材的最大拉伸位移为1250mm，拉伸机的拉伸速度40mm/s。

实施例4：

实施例4与实施例1的区别在于步骤D中5083铝合金型材的拉伸变形率为7％，5083铝合金型材的最大拉伸位移为1750mm，拉伸机的拉伸速度30mm/s。

实施例5：

实施例5与实施例1的区别在于步骤D中5083铝合金型材的拉伸变形率为9％，5083铝合金型材的最大拉伸位移为2250mm，拉伸机的拉伸速度20mm/s。

对比例：

对比例与实施例1的区别在于省略步骤D对5083铝合金型材的拉伸过程。

对比例与实施例1～5得到的5083铝合金型材进行力学性能测试，测试结果见表一：

表一：

实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例屈服强度(Mpa)160210240260280215抗拉强度(Mpa)295300310310320300延伸率(％)232119161410G67晶间腐蚀(mg/cm²)2.52.42.452.412.522.56

从表一可以看到，实施例3～5，即拉伸速度范围为20～40mm/s，拉伸变形率为5～9％时，5083铝合金型材的力学性能为屈服强度为(240MPa-280MPa)≥215Mpa，抗拉强度为(310MPa-320MPa)≥300Mpa，断后延伸率为(19％-14％)≥10％，5083铝合金型材的力学性能完全符合5083-H116状态下的性能要求。其主要原因是拉伸强化过程使得晶格之间的位错浓度增大从而产生钉扎作用进而对5083铝合金晶粒进行强化的结果。

不同拉伸变形率处理后的5083铝合金型材在经过G66以及G67等腐蚀检测方法检验后，5083铝合金型材的检测结果分别为G66检测均为N级，G67晶间腐蚀检测结果为(2-3)mg/cm²远小于标准要求的单位面积质量损失15mg/cm²。

现有5083-H116板材只能通过轧制过程进行生产，市场上很少有关于挤压状态下的5083-H116的型材，通过利用本发明船用5083铝合金型材的加工工艺实现了5083-H116异型材的在线挤压的生产过程，并且在保证5083铝合金型材耐腐蚀性能不变的前提下大大的提高了5083铝合金型材的屈服强度。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。