CN101624670B - 一种高强度高延伸率铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种高强度高延伸率铝合金及其制备方法。所述高强度高延伸率铝合金，含有Mg、Si、Mn、Zn、Ti和Al，各组分的重量百分比为：Mg 0.8-1.1％，Si 0.55-0.85％，Mn 0.1-0.3％，Zn 0.1-0.3％，Ti≤0.02％，其余为Al。本发明所述铝合金降低了铜含量，更严格控制杂质铁的含量，适当提高了锰与锌的含量，优化了镁与硅及其二者的成分之比，降低了合金成本，保证了本发明所述合金依然拥有较高的抗拉强度和屈服强度、很好的塑性，使其能够取应用于薄壁、复杂断面及高耐蚀性能的工业型材之中。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种高强度高延伸率铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金由于具有高强度、高韧度、轻质结构、耐腐蚀、加工性好、易于回收等特点，是现代社会所追求的、最有希望的金属材料。广泛应用于交通、建材、航空、航天等民用及军工领域，在国民经济和国防建设中具有不可替代的重要作用。在西部开发、现代轨道交通、桥梁等应用背景下，大跨度、高承力、特高型建筑物门窗与幕墙需要一种具有较高强度及良好延伸率的材料，6061铝合金加工性能及延伸率等已经不能满足这种要求。美国ALcoa公司曾制备出6013铝合金，该铝合金具有较高的强度和良好的耐蚀性。但由于6013铝合金延伸率低、加工性能欠佳，所以其应用一直受到限制，而且6013铝合金中合金元素含量较高，主要指铜与铁含量高，从而整体除铝以外的合金含量总量较高，大大增加了材料成本，降低了其市场竞争力。为满足工业型材市场要求，迫切需要设计出一种新铝合金，控制其合金元素含量，主要是控制铜与铁的含量，使其保持较高强度的同时大幅提高延伸率、加工性能及塑性。
发明内容
为解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种高强度高延伸率的铝合金。
本发明的第二目的在于提供一种高强度高延伸率铝合金的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高强度高延伸率铝合金，含有Mg、Si、Mn、Zn、Ti和Al，各组分的重量百分比为：Mg 0.8-1.1％，Si 0.55-0.85％，Mn 0.1-0.3％，Zn 0.1-0.3％，Ti≤0.02％，其余为Al。
所述铝合金还进一步包括Cu和Cr，其重量百分比为：Cu≤0.15％，Cr≤0.1％。
所述铝合金还进一步包括与制造过程有关的杂质元素Fe，其重量百分比为Fe≤0.3％。。
含有Mg、Si、Mn、Zn、Ti和AL，各组分的重量百分比优选为：Mg 1.0％，Si 0.7％，Mn 0.1％，Zn 0.3％，Ti 0.02％。
一种高强度高延伸率铝合金，各组分的重量百分比优选为：Mg0.8-1.1％，Si 0.59-0.85％，Mn 0.1-0.22％，Zn 0.2-0.3％，Ti 0.02％，Cu 0.12-0.15％，Cr 0.09-0.1％。
一种高强度高延伸率铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)准备配料；
2)将上述配料熔炼，浇铸成铸锭，铸锭经均匀化退火，得到锭坯；
3)将上述锭坯进行热挤压成形，得到棒材；
4)对所述棒材进行固溶处理，得到高强度高延伸率铝合金。
所述步骤2)具体为将上述配料在坩埚电阻炉中熔炼，搅拌，浇铸成φ95×400mm的铸锭，铸锭经560℃均匀化退火，得到锭坯。
所述步骤3)具体为将锭坯热挤压成棒材，挤压比为25。
所述步骤4)具体为对所述棒材进行520℃固溶处理，人工时效200℃×3小时，或者自然时效72小时。
本发明所述高强度高延伸率铝合金、铝合金6061和6013的成分及质量比见表1；三者的最小抗拉强度、屈服强度和延伸率见表2。
表1
表2
本发明所述铝合金主要是在6061铝合金基础上进行的改进，从表1和表2可以看出，本发明铝合金与6061铝合金相比，降低了铜含量，更严格控制杂质铁的含量，适当提高了锰与锌的含量，优化了镁与硅及其二者的成分之比。本发明铝合金由于含铜较少，在抗腐蚀性和表面着色性方面也非常出色，并一定程度上降低了合金成本。
另外，合金元素镁、硅、铁、锰及锌的优化，保证了本发明所述合金依然拥有较高的抗拉强度和屈服强度。而合适的Mg/Si比，又很好的保证其塑性，使其能够取应用于薄壁、复杂断面及高耐蚀性能的工业型材之中。
具体实施方式
实施例1
一种高强度高延伸率铝合金，含有Mg、Si、Mn、Zn、Ti和Al，各组分的重量百分比为：Mg 1.0％，Si 0.7％，Mn 0.1％，Zn 0.3％，Ti 0.02％，其余为Al，与制造过程有关的杂质Fe，其重量百分比控制为Fe≤0.3％。
上述高强度高延伸率铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照上述配比准备配料，在坩埚电阻炉中熔炼，熔炼温度为800℃，充分搅拌，浇铸成φ95×300mm的铸锭，充分冷却后取样经DTA分析合金固液相温度，在箱式炉内进行均匀化退火，均匀化温度为560℃，时间为8h。
2)热挤压成形
锭坯均匀化退火后，将锭坯加热到480℃，使用800KN挤压机的极限载荷，挤压筒移动速度为8mm/S，将其挤压成特定尺寸的棒材，表面经机加工成φ88×300mm圆棒，挤压比为25。
3)固溶处理
挤压成型的棒材进行520℃固溶处理，人工时效200℃×3小时，或者自然时效72小时。
上述高强度高延伸率铝合金的性能如下：
人工时效状态下：抗拉强度(MPa)：305；屈服强度(MPa)：260；伸长率(％)：16；
自然时效状态下：抗拉强度(MPa)：270；屈服强度(MPa)：200；伸长率(％)：18。
实施例2
一种高强度高延伸率铝合金，含有Mg、Si、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr和Al，各组分的重量百分比为：Mg 0.91％，Si 0.59％，Cu 0.12％，Mn 0.22％，Zn 0.26％，Ti 0.02％，Cr0.09％，其余为Al，与制造过程有关的杂质Fe，其重量百分比控制为Fe≤0.3％。。
上述高强度高延伸率铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照上述配比准备配料，配料在坩埚电阻炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成φ95×300mm的铸锭，充分冷却后取样经DTA分析合金固液相温度，在箱式炉内进行均匀化退火，均匀化温度为560℃，时间为8h。
2)热挤压成形
锭坯均匀化退火后，将锭坯加热到480℃，使用800KN挤压机的极限载荷，挤压筒移动速度为8mm/S，将其挤压成特定尺寸的棒材，表面经机加工成φ88×300mm圆棒，挤压比为25。
3)固溶处理
挤压成型的棒材进行520℃固溶处理，人工时效200℃×3小时，或者自然时效72小时。
上述高强度高延伸率铝合金的性能如下：
人工时效状态下：抗拉强度(MPa)：310；屈服强度(MPa)：265；伸长率(％)：17；
自然时效状态下：抗拉强度(MPa)：275；屈服强度(MPa)：205；伸长率(％)：22。
实施例3
一种高强度高延伸率铝合金，含有Mg、Si、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr和Al，各组分的重量百分比为：Mg 1.1％，Si 0.85％，Cu 0.15％，Mn 0.10％，Zn 0.20％，Ti 0.02％，Cr0.1％，其余为Al，与制造过程有关的杂质Fe，其重量百分比控制为Fe≤0.3％。
上述高强度高延伸率铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照上述配比准备配料，配料在坩埚电阻炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成φ95×300mm的铸锭，充分冷却后取样经DTA分析合金固液相温度，在箱式炉内进行均匀化退火，均匀化温度为560℃，时间为8h。
2)热挤压成形
锭坯均匀化退火后，将锭坯加热到480℃，使用800KN挤压机的极限载荷，挤压筒移动速度为8mm/S，将其挤压成特定尺寸的棒材，表面经机加工成φ88×300mm圆棒，挤压比为25。
3)固溶处理
挤压成型的棒材进行520℃固溶处理，人工时效200℃×3小时，或者自然时效72小时。
上述高强度高延伸率铝合金的性能如下：
人工时效状态下：抗拉强度(MPa)：330；屈服强度(MPa)：275；伸长率(％)：16；
自然时效状态下：抗拉强度(MPa)：280；屈服强度(MPa)：225；伸长率(％)：19。
实施例4
一种高强度高延伸率铝合金，含有Mg、Si、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr和Al，各组分的重量百分比为：Mg 0.8％，Si 0.85％，Cu 0.15％，Mn 0.10％，Zn 0.30％，Ti 0.02％，Cr0.1％，其余为Al，与制造过程有关的杂质Fe，其重量百分比控制为Fe≤0.3％。
上述高强度高延伸率铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)按照上述配比准备配料，配料在坩埚电阻炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成φ95×300mm的铸锭，充分冷却后取样经DTA分析合金固液相温度，在箱式炉内进行均匀化退火，均匀化温度为560℃，时间为8h。
2)热挤压成形
锭坯均匀化退火后，将锭坯加热到480℃，使用800KN挤压机的极限载荷，挤压筒移动速度为8mm/S，将其挤压成特定尺寸的棒材，表面经机加工成φ88×300mm圆棒，挤压比为25。
3)固溶处理
挤压成型的棒材进行520℃固溶处理，人工时效200℃×3小时，或者自然时效72小时。
上述高强度高延伸率铝合金的性能如下：
人工时效状态下：抗拉强度(MPa)：305；屈服强度(MPa)：260；伸长率(％)：17；
自然时效状态下：抗拉强度(MPa)：265；屈服强度(MPa)：205；伸长率(％)：20。
Claims (8)
1.一种高强度高延伸率铝合金，其特征在于：含有Mg、Si、Mn、Zn、Ti、Al、Cr和Cu，各组分的重量百分比为：Mg 0.8-1.1％，Si0.55-0.85％，Mn 0.1-0.3％，Zn 0.2-0.3％，Ti≤0.02％，Cu≤0.15％，Cr≤0.1％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高延伸率铝合金，其特征在于：所述铝合金还进一步包括与制造过程有关的杂质元素Fe，其重量百分比为Fe≤0.3％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高延伸率铝合金，其特征在于：Mg、Si、Mn、Zn、Ti进一步的重量百分比为：Mg 1.0％，Si 0.7％，Mn 0.1％，Zn 0.3％，Ti 0.02％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高延伸率铝合金，其特征在于：Cu和Cr进一步的重量百分比为：Cu 0.12-0.15％，Cr 0.09-0.1％。
5.一种高强度高延伸率铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)准备如权利要求1所述各配料；
2)将上述配料熔炼，浇铸成铸锭，铸锭经均匀化退火，得到锭坯；
3)将上述锭坯进行热挤压成形，得到棒材；
4)对所述棒材进行固溶处理，得到高强度高延伸率铝合金。
6.根据权利要求5所述的一种高强度高延伸率铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤2)具体为将上述配料在坩埚电阻炉中熔炼，搅拌，浇铸成φ95×400mm的铸锭，铸锭经560℃均匀化退火，得到锭坯。
7.根据权利要求5所述的一种高强度高延伸率铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤3)具体为将锭坯热挤压成棒材，挤压比为25。
8.根据权利要求5所述的一种高强度高延伸率铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤4)具体为对所述棒材进行520℃固溶处理，人工时效200℃×3小时，或者自然时效72小时。
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