專利名稱：建筑用a1合金材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑用Al合金材料及其制造方法，更詳細(xì)地，是涉及在260～280℃高溫下進(jìn)行烘烤涂層為前提的可實用的建筑用材料Al合金材料及其制造方法，此材料在烘烤涂層前后的耐力降低程度小，且能充分保持延伸性，故有優(yōu)良的折彎加工性能。
背景技術(shù)：
高層建筑的外墻材料及內(nèi)裝飾材料或幕墻材料等都使用輕質(zhì)的Al合金材料。
此時，如

圖1所示，把Al合金板彎成90°角。近來，如圖2所示，越來越多的加工是彎90°以上的銳角折彎加工法。在這樣的折彎加工法中，彎曲部分2輪廓鮮明，追求匠心獨(dú)具的表現(xiàn)。作為一個例子，如圖3所示，把Al合金材料1割出一個刻痕3再折彎的方法。
又在上述的折彎加工之前，為提高構(gòu)思的巧妙和耐腐蝕性能，對該Al合金材料用如氟樹脂涂料、丙烯酸樹脂涂料，聚氨酯涂料在一定的溫度下進(jìn)行烘烤涂層處理。
因此，以這樣的形態(tài)實用的建筑用Al合金材料，可得到以下的性能。
首先，因為是建筑材料，施工后也必需保護(hù)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度特性。具體地講，如用作建筑物外墻材料時，施工后要求有95N/mm2以上的耐力。
又，要有適當(dāng)?shù)难由焯匦?，能使折彎加工圓滑地進(jìn)行，而且彎曲部分線條分明。
對建筑用Al合金材料，一直重視其強(qiáng)度特性，JIS規(guī)定使用A3004-H24材質(zhì)(ASTM B209規(guī)定的3004-H24)和A3004-H32材質(zhì)(ASTM B209規(guī)定的3004-H32)等。
制造這些材料時，先把所定規(guī)格的Al合金材料熔化，制成錠料。接著，對該錠料在規(guī)定的溫度和時間加熱，實施均熱處理，然后在規(guī)定的加工速率下進(jìn)行熱壓延加工。
在此熱壓延加工過程中，錠料的鑄造結(jié)構(gòu)(凝固結(jié)構(gòu))沿著壓延的方向伸展轉(zhuǎn)化成纖維結(jié)構(gòu)。
此后，進(jìn)行冷壓延來使晶體粒徑減小及調(diào)整粒徑大小，接著，退火處理以去除加工變形，再一次冷壓延，此時為去除加工變形進(jìn)行熱處理，再供實際使用。
在上述一連串的制造過程中，在熱壓延加工、冷壓延加工結(jié)束時，壓延變形累積在壓延材料中。而且，此后把壓延材料加熱到再結(jié)晶化溫度以上的溫度時，加工變形能量作為起始點(diǎn)，結(jié)構(gòu)中的再結(jié)晶顆粒成長起來。通常，此再結(jié)晶的顆粒并非纖維狀，而且有某種大小的顆粒狀。
上述A3004-H24材質(zhì)等的材料都是停止在冷壓延上的材料，其再結(jié)晶顆粒的粒徑很細(xì)，也有殘留了纖維結(jié)構(gòu)的，能進(jìn)行輪廓鮮明的90°折彎加工。
當(dāng)進(jìn)行90°以上的銳角折彎，彎曲部分有裂縫時，可用焊接法來修補(bǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供建筑用Al合金材料及其制造方法，該材料被用作建筑用材料，且以烘烤涂層為前提而被使用的，烘烤涂層后耐力的下降亦非常小，因為延伸特性恰當(dāng)所以即使進(jìn)行輪廓分明的折彎加工或銳角彎曲加工也不產(chǎn)生裂痕。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中提供了建筑用Al合金材料，其特征為JIS規(guī)定的A3003(ASTM B 209規(guī)定的3003)熱壓延材料，具有在300℃以下烘烤涂層后的結(jié)構(gòu)由纖維結(jié)構(gòu)及面積比率為20％以下的再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)組成，前述烘烤涂層前后耐力的下降率為10％以下。
又，本發(fā)明提供了建筑用Al合金材料的制造方法，其特征為對JIS規(guī)定的A3003(ASTM B209規(guī)定的3003)錠料進(jìn)行均熱處理。隨后，在壓延結(jié)束時的溫度，即290～340℃僅進(jìn)行熱壓延加工以供實際使用。
附圖簡述圖1為板材折彎90°的加工示意圖；圖2為板材銳角折彎加工示意圖；圖3為設(shè)有刻痕的90°折彎加工示意圖；
圖4為實施例9的板材結(jié)構(gòu)顯微鏡照片；圖5為比較例8的板材結(jié)構(gòu)顯微鏡照片；圖6為在與壓延方向垂直的方向上進(jìn)行折彎的示意圖；圖7為在與壓延方向平行的方向上進(jìn)行折彎的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的Al合金材料是對強(qiáng)度特性優(yōu)良的A3003材質(zhì)僅進(jìn)行下述條件的熱壓延加工后可供實用的材料。亦即，并非像以往的Al合金材料那樣，熱壓延后，進(jìn)一步繼續(xù)經(jīng)冷壓延-中間退火-冷壓延-熱處理工序而制得的材料。
具體制造方法如下所述。
首先，將規(guī)定組成的A3003材料熔化，制成錠料。接著，對該錠料作均熱處理后進(jìn)行熱壓延加工。
均熱處理以在500-630℃的溫度下進(jìn)行1～15個小時為宜。處理溫度低于500℃時，例如以Al Mn為主體的金屬間化合物的生成量減少，從鑄造結(jié)構(gòu)(凝固結(jié)構(gòu))生長出來的再結(jié)晶顆粒變大，因此容易發(fā)生材料彎曲加工性能的變差和外觀不良。而處理溫度高于630℃時，錠料發(fā)生變形或膨脹，經(jīng)過以后工序(熱壓延)時會引起結(jié)構(gòu)上的缺陷。適宜的處理溫度為600～630℃。
處理時間不滿一小時，不能使錠料整體均熱化，給均勻的熱壓延加工帶來困難。而超過15小時，均熱效果已達(dá)飽和，完全是浪費(fèi)熱能增加成本。適宜的處理時間為2-6小時。
經(jīng)這樣均熱化的錠料，立即進(jìn)行熱壓延，把鑄造結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為纖維結(jié)構(gòu)，同時使細(xì)微的二次結(jié)構(gòu)(亞晶粒)成長起來。
本發(fā)明的A3003材料，在上述加熱壓延結(jié)束時，可直接作為建筑材料供實際使用。因此，供實際使用時，該熱壓延的A3003材料的結(jié)構(gòu)主體是經(jīng)壓延加工形成的纖維結(jié)構(gòu)，其中定量地分散有細(xì)微的二次結(jié)構(gòu)。
該3003材料因形成了上述的結(jié)構(gòu)，故可發(fā)揮如下的效果。
例如，進(jìn)行銳角折彎加工時，當(dāng)結(jié)構(gòu)中僅含有纖維結(jié)構(gòu)時，彎曲部分會沿著纖維結(jié)構(gòu)的顆粒邊界發(fā)生裂痕。但本材料中共存有細(xì)微的二次結(jié)構(gòu)，可抑制上述的裂痕發(fā)生。亦即使銳角彎曲加工成為可能。
該3003材料在300℃以下，更具體地說，在260～280℃的高溫條件下進(jìn)行烘烤涂層后，烘烤涂層前后的A3003材料的耐力下降不足10％。而且，烘烤涂層后，其耐力的絕對值仍可確保超過95N/mm2，滿足了建筑物外墻材料的必要條件。延伸也超過27％，能進(jìn)行良好的折彎加工。
上述特性，尤其是烘烤涂層前后的耐力下降不足10％的特性，是上述細(xì)微的二次結(jié)構(gòu)與纖維結(jié)構(gòu)共存所帶來的效果。該二次結(jié)構(gòu)當(dāng)然在高溫烘烤涂層時，成長為再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)，其粒徑變大，其析出量也增加。
但是，本發(fā)明的A303材料中，即使在高溫烘烤涂層后，其再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)的存量占全體結(jié)構(gòu)的面積比率為20％以下，剩下的由纖維結(jié)構(gòu)所控制，因此，烘烤涂層前后耐力的下降不足10％。
這樣的特性，在上述的熱壓延加工過程中可通過控制壓延結(jié)束時的材料溫度在290-340℃來實現(xiàn)。
壓延結(jié)束時的溫度高于340℃時，延伸雖達(dá)35％，但其結(jié)構(gòu)幾乎全變成再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)，因此在折彎加工時，彎曲部分發(fā)生表面粗糙凹凸不平的現(xiàn)象。
而壓延結(jié)束時的溫度低于290℃時，上述的二次結(jié)構(gòu)生成量少，延伸少于27％，銳角折彎加工時會產(chǎn)生裂痕。
為了把壓延結(jié)束時的溫度控制在290-340℃，本發(fā)明中把壓延開始時的溫度設(shè)定在350-450℃。
該溫度低于350℃時，不能確保壓延結(jié)束時的溫度在290℃以上，因為強(qiáng)度高延伸減少，折彎加工時會發(fā)生裂痕。
該溫度高于450℃時，難以把壓延結(jié)束時的溫度控制在340℃以下，壓延結(jié)束時的結(jié)構(gòu)以粗大的再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)為主，折彎加工時，彎曲部分的表面變得粗糙凹凸不平。而且，耐力也低于95N/mm2，延伸也不能確保在27％以上。
實施例1～16，比較例1～9(1)Al合金材料將以下組成的Al合金材料熔化，制成錠料(厚500mm)。
A3003材料Si 0.58質(zhì)量％，F(xiàn)e 0.68質(zhì)量％，Cu 0.18質(zhì)量％，Mn 1.48質(zhì)量％，Mg 0.02質(zhì)量％，Zn 0.09質(zhì)量％，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)。
A3004材料Si 0.58質(zhì)量％，F(xiàn)e 0.68質(zhì)量％，Cu 0.20質(zhì)量％，Mn 1.48質(zhì)量％，Mg 1.01質(zhì)量％，Zn 0.23質(zhì)量％，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)。
(2)板材的制造采用具備以下條件的方法制造如表1所示板厚的板材。
本發(fā)明方法(A)將錠料在600℃的均熱爐內(nèi)均熱處理6小時后進(jìn)行熱壓延加工，壓延開始溫度為550℃，結(jié)束時的溫度控制在如表1所示的溫度。就這樣作為板材使用。
從往的方法(B)將錠料在600℃的均熱爐內(nèi)均熱處理6小時后進(jìn)行熱壓延加工，壓延開始時的溫度為550℃，結(jié)束時的溫度為310℃。隨后，在80℃進(jìn)行冷壓延。接著，在360℃中間退火3小時，再在80℃進(jìn)行冷壓延后在230℃熱處理3小時。此后，作為板材使用。
(3)特性測定烘烤涂層前后耐力下降程度(％)測定烘烤涂層前各板材的耐力(Γ0)和伸長。
接著，用氟樹脂涂料涂覆各板材，在表1所示溫度下烘烤涂層，測定此時的耐力(Γ)及延伸。
計算100×(Γ0-Γ)/Γ0，作為烘烤涂層前后耐力下降的程度(％)。結(jié)果如表1所示。
再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)的面積比率用バ—力—法觀察結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
具體地講，在各板材的表面進(jìn)行研磨加工，對該加工面進(jìn)行電解拋光處理，用HBF4溶液對拋光面進(jìn)行蝕刻處理，用偏振光處理圖像，把每一個再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)的面積加起來。然后求得上述面積加和值在視野(5mm×5mm)內(nèi)的比例(百分率)。其結(jié)果如表1所示。
實施例9和比較例8板材的結(jié)構(gòu)顯微鏡照片(放大50倍)分別如圖4和圖5所示。
(4)折彎試驗對烘烤涂層后的各板材進(jìn)行彎曲加工，目測彎曲部分無表面粗糙凹凸不平(涂層剝離)及裂痕。
關(guān)于表面粗糙凹凸不平，在如圖6所示與壓延方向4垂直的方向(板材的長度方向)和如圖7所示與壓延方向4平行的方向(板材的寬度方向)兩種情況下觀察，求得觀察到表面粗糙凹凸不平時的彎曲角度。
關(guān)于裂痕，在如圖7所示與壓延方向平行的方向上(板材的寬度方向)分別折彎90°和180°，觀察有無裂痕產(chǎn)生。
無裂痕時以○表示，產(chǎn)生細(xì)小的裂痕但不影響實用時以△表示，產(chǎn)生明顯裂痕時以×表示。
表 1

從表1可明確以下幾點(diǎn)。
(1)比較實施例9和比較例6可見，材料相同，壓延結(jié)束時的溫度相同，板厚相同，而比較例6的制造過程經(jīng)過了熱壓延—冷壓延—中間退火，盡管涂覆溫度都是260℃，但涂覆后耐力比實施例9小，不足95N/mm2。而且在彎曲試驗中，與實施例9相比，比較例6易產(chǎn)生涂層的剝離。這是由于比較例6的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過熱壓延后的一系列工序。尤其在烘烤涂層時形成再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)的緣故。
由此可以明了，本發(fā)明僅用熱壓延的制造方法是有效的，這樣就不讓再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)由于烘烤涂層而成長起來。
(2)圖4表示實施例9烘烤涂層的結(jié)構(gòu)是纖維結(jié)構(gòu)與細(xì)微的二次結(jié)構(gòu)(亞晶粒)混在一起。且烘烤涂層后的耐力和延伸顯示出高達(dá)122N/mm2和29.5％，耐力下降程度低，僅1.6％。因而，得到了優(yōu)異的彎曲試驗結(jié)果。
另一方面，從圖5所示的比較例8烘烤涂層后的結(jié)構(gòu)中認(rèn)不出纖維結(jié)構(gòu)，成為粗大的再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)。烘烤涂層后雖然耐力高達(dá)160N/mm2，但其延伸少，僅15.2％，且耐力下降的程度極高，達(dá)28.9％。其結(jié)果，彎曲試驗時的涂層剝離和裂痕觀察都極差。
由此可以明了，具有纖維結(jié)構(gòu)和細(xì)微的二次結(jié)構(gòu)共存的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明建筑用Al合金材料是有用的。
根據(jù)以上說明可以明了，壓延結(jié)束時溫度控制在290-340℃的A3003材料的熱壓延材料，烘烤涂層后也不生長出再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)，維持了以纖維結(jié)構(gòu)為主體的狀態(tài)，耐力下降程度10％以內(nèi)，確保了其耐力絕對值在95N/mm2上，而延伸也確保在27％以上。因此，本發(fā)明的Al合金材料，即使進(jìn)行烘烤涂層，折彎加工性能仍優(yōu)良，且耐力不降低，作為建筑材料有很大的工業(yè)價值。
上述說明中雖然烘烤涂層的溫度為260-280℃，但本發(fā)明建筑用Al合金材料也適合于烘烤涂層溫度在260℃以下或280～300℃。
權(quán)利要求
1.建筑用Al合金材料，其特征在于是JIS規(guī)定組成的A3003(ASTM B209規(guī)定的3003)的熱壓延材料；300℃以下烘烤涂層后的結(jié)構(gòu)由纖維結(jié)構(gòu)和面積比率20％以下的再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)組成；且上述烘烤涂層前后的耐力下降程度在10％以下。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑用Al合金材料，其中所述烘烤涂層后，耐力超過95N/mm2，且延伸超過27％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的建筑用Al合金材料，其中所述烘烤涂層溫度為260～280℃。
4.建筑用Al合金材料的制造方法，其特征在于對JIS規(guī)定的A3003(ASTM B209規(guī)定的A3003)錠料進(jìn)行均熱處理；接著僅進(jìn)行壓延結(jié)束時的溫度為290～340℃的熱壓延加工就提供實際使用。
全文摘要
提供了建筑用Al合金材料及其制造方法,該材料在260～280℃下烘烤涂層,耐力下降程度低,可銳角折彎加工。這是JIS規(guī)定的A3003熱壓延材料,300℃以下烘烤涂層后,其結(jié)構(gòu)由纖維結(jié)構(gòu)與面積比率在20%以下的再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)組成,上述烘烤涂層前后的耐力下降程度低于10%,它的制造方法僅用壓延結(jié)束時溫度控制在290～340℃的熱壓延。
文檔編號C22F1/04GK1340633SQ01124988
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月9日
發(fā)明者河合清寬, 戶上義朗 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社