CN101649405B - 一种Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含锶的中高强高韧可焊Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金，由以下组分组成：Al、Mg、Mn、Zr、Sr。其制备方法是：按各组分的重量百分比配料；然后加热至820℃-850℃，完全熔化，降温，静置，用C2Cl6精炼，浇注于预热模具中；将铸锭均匀化处理后加热、挤压变形，挤压比为12。本发明组分配比合理、加工制造容易、操作工艺简单、利用Sr元素合金化，有效改善铝合金组织结构、提高铝合金综合机械性能，适于工业化应用，为Al-Mg-Mn-Zr系中高强可焊铝合金综合机械性能的改善提供了一种切实可行的途径。
Description
技术领域
本发明公开了一种中高强高韧可焊Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金及制备方法，属于高性能结构材料领域。
背景技术
Al-Mg系合金是热处理不可强化铝合金，冷加工以后稳定化退火就可以使用，这种合金有中等强度、良好的耐蚀性和可焊性，在航空、航天、化工、电子、汽车和机械制造中得到广泛应用。但是，随航空、航天、舰船技术的发展，铝镁合金的强度还需进一步提高。
由于该合金属热处理不可强化的合金，因此，采用合适的微合金化处理，以得到较细小的晶粒来起到细晶强化的作用，同时利用微合金化过程中形成的亚微粒子在合金变形及退火过程中阻碍再结晶的作用来提高合金强度。目前采用元素钪(Sc)对Al-Mg合金微合金化处理后，得到的组织晶粒可大幅度减小，同时使合金的再结晶温度大幅提高，强度和伸长率也较高，是目前发现该系合金中微合金化效果最好的合金元素，已得到大量学者的广泛研究。但是制约其发展以及工业和生产的主要原因为钪元素价格极其昂贵，Al-2.0wt％Sc的中间合金价格为600-800元/千克，并且在合金中起到强化效果的Sc的含量一般都在0.2wt％以上，所以导致合金成本极高。因此，也有学多学者对其它价格较便宜的稀土元素(如Ce、La、Er、Yb等)微合金化的Al-Mg合金进行了研究，但其效果均远不如钪。
锶元素做为一种价格便宜的碱土族元素，其Al-Sr中间的制备工艺简单，价格较低，但是并没有在铝合金中得到广泛的应用，仅在部分Al-Si铸造合金中作为一种变质剂有部分应用，在变形铝合金领域，目前只发现在美国与1994年注册的6069铝合金中作为微量元素有所应用，但是尚没有利用锶元素合金化技术来提高Al-Mg-Mn-Zr系中高强可焊铝合金的力学性能的文献报道。本发明的Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金在力学性能上基本达到含钪合金的水平，但较大程度的降低了合金成本。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种组分配比合理、加工制造容易、操作工艺简单、利用Sr元素合金化改善铝合金组织结构、提高铝合金综合机械性能的中高强高韧可焊Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金及其制备方法。
本发明Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金，由以下重量百分比的组分组成：
Mg：4.0-6.5％；
Mn：0.1-0.7％；
Zr：0.05-0.20％；
Sr：0.05-0.30％；
余量为Al。
所述Sr含量优选为0.08-0.15％；最优选为0.1％。
本发明合金的制造方法，包含下述步骤：
a、按各组分的重量百分比Mg：4.0-6.5％；Mn：0.1-0.7％；Zr：0.05-0.20％；Sr：0.05-0.30％；余量为Al配料；
b、将步骤a所配制的原料加热至820℃-850℃，完全熔化，降温至750℃-800℃，静置5-10min，用C2Cl6进行精炼，熔体静置、扒渣后，于730℃-750℃浇注于预热至200℃-250℃的模具中；
c、将步骤b所得铸锭于450℃-500℃均匀化处理20h-24h，空冷；
d、将步骤c所得产物加热至400℃-450℃挤压，挤压比为12。
本发明所述模具为铁制模具。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在现有的铝镁锰锆系合金中添加锶元素，不改变已形成的合金的成分优化设计，而是利用的锶与铝原子的电负性和原子半径差异，可使在合金的凝固过程中形成一种含稀土Sr的AlxSr质点，该质点可起到细化合金铸态组织晶粒的作用使原始铸态组织晶粒细化。得到细化的铸态合金通过进一步的热加工变形，并在固溶过程中AlxSr质点可钉扎晶界，抑制再结晶晶粒长大，从而得到细化的晶粒组织。本发明可以有效的提高挤压态合金总体的抗拉强度、屈服强度及伸长率，其中：合金的抗拉强度可提高55MPa、屈服强度可提高40MPa、伸长率可提高6.0％，使合金的性能超过相同合金元素含量但不含Sr的合金。综上所述，本发明组分配比合理、加工制造容易、操作工艺简单、利用Sr元素合金化，有效改善铝合金组织结构、提高铝合金综合机械性能，适于工业化应用，为Al-Mg-Mn-Zr系中高强可焊铝合金综合机械性能的改善提供了一种切实可行的途径。
具体实施方式：
下面结合实施例详细说明，而不会构成对本发明的限制。
本发明给出了四种具体的合金(成份均为wt％)作为实施例，其中：
实施例1：成份为：6.0％Mg-0.5％Mn-0.1％Zr；不含锶元素；
实施例2：成份为：6.0％Mg-0.5％Mn-0.1％Zr-0.05％Sr；
实施例3：成份为：6.0％Mg-0.5％Mn-0.1％Zr-0.1％Sr；
实施例4：成份为：6.0％Mg-0.5％Mn-0.1％Zr-0.2％Sr；
本发明按上述四种合金成分配比，分别将其置于中频感应电阻炉中加热至850℃熔炼，然后，降温至780℃静置5-10min，用C2Cl6精炼，熔体静置后于740℃浇注于预热200℃的铁模中，铸锭经480℃，24h均匀化处理，在420℃保温2h后挤压，挤压比为12，常温下，检测所得四种合金的拉伸力学性能见表1。
从表1可知：合金经熔炼铸造、均匀化、机加工、热挤压处理后含锶的合金的力学性能明显高于不含锶的合金，其添加0.1％Sr的合金较未添加Sr的合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高：55MPa、40MPa和6.0％。
表1
Claims (1)
1.一种Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金，由以下重量百分比的组分组成：
Mg：6.0％；
Mn：0.5％；
Zr：0.1％；
Sr：0.1％；
余量为Al。
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