CN101805862B - 锆微合金化的6013型铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锆微合金化的6013型铝合金，它主要由铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、铁(Fe)和锆(Zr)组成，该合金的制备方法是先将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、纯Zn、纯Mg，待其熔化后加入六氯乙烷精炼，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；其次，对浇铸成锭的合金进行后退火、锻压加工、固溶时效处理的后处理。本发明合金硬度可达149.5～152.0HV，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)测定其抗晶间腐蚀性能不低于四级，按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)测定其抗剥落腐蚀性能处于PB级，可广泛应用于现代航空航天、武器装备等领域，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其是一种新型6000系铝合金及其制备方法，具体地说是一种锆微合金化的6013型铝合金及其制备方法。
背景技术
近年来，世界各大铝厂为了具备高端铝合金市场的竞争力，分别推出了适用于相同部位，具备类似性能但不同牌号的铝合金。6000系的6013或6056(成分、性能相似，不同公司研发)铝合金是综合性能好的铝合金，与6061铝合金相比，其强度高出15％以上且具有类似的抗腐蚀性和焊接性。6013铝合金的良好的综合性能使其航空航天、武器装备、轨道交通领域等许多领域都有良好的应用前景。当今世界上最先进的民用大型飞机A380的机身下壁板全部采用了6013铝合金的焊接整体壁板。
众所周知，合金化及微合金化是提高铝合金组织与性能的有效手段。从6013铝合金的成分(镁(Mg)0.8～1.2，硅(Si)0.6～1.0，铜(Cu)0.6～1.1，锰(Mn)0.2～0.8，铁(Fe)0.5，余量为铝和杂质元素)来看，该合金尚未进行微合金化。锆(Zr)元素是目前铝合金中常用的也是很有效的微合金化元素。向铝合金中加入微量锆(Zr)，能起到阻碍再结晶和晶粒长大，提高合金强度、硬度、抗腐蚀性和焊接性等作用。
但是，到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的6013型铝合金可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是在6013合金主要成分的基础上，通过调整合金的主合金化成分并添加微量锆元素，发明一种高性能的6013型铝合金及其制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种锆微合金化的6013型铝合金，其特征在于：它主要由铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)和锆(Zr)组成，其中，镁(Mg)的质量百分比为1.21～1.47％，硅(Si)的质量百分比为0.90～1.17％，铜(Cu)的质量百分比为0.866～0.948％，锰(Mn)的质量百分比为0.436～0.644％，锌(Zn)的质量百分比为0.309～0.573％，锆(Zr)的质量百分比为0.091～0.125％，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100％。
本发明的技术方案之二是：
一种锆微合金化的6013型铝合金的制备方法，其特征是：
首先，将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、纯Zn和纯Mg，待全部中间合金或金属熔化后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；
其次，对浇铸成锭的合金进行后处理；即可获得锆微合金化的6013型铝合金。
所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Si中间合金中Si的质量百分比为10.21％，Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％。
所述的浇铸成锭合金的后处理的最佳工艺为470～490℃×24h退火、500～520℃预热后的锻压加工、至少一次或连续两次的560～570℃×2～4h固溶处理以及连续两次的151℃×8h+191℃×8h时效处理。
本发明的有益效果是：
(1)本发明铝合金具有硬度高、抗腐蚀性好等特点。如本发明铝合金的硬度为149.5～152.0HV，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀抗力不低于四级，按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)其抗剥落腐蚀性能不低于PB级。
(2)本发明公开了一种锆微合金化的6013型铝合金的制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国航空航天、武器装备等领域的需求。
(3)本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。
(4)本发明合金硬度可达149.5～152.0HV，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)测定其抗晶间腐蚀性能不低于四级，按国标GB/T22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)测定其抗剥落腐蚀性能处于PB级，可广泛应用于现代航空航天、武器装备等领域，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例一的锆微合金化的6013型铝合金晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图2是市售6061-T6铝合金晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图3是本发明实施例一的锆微合金化的6013型铝合金剥落腐蚀试验后表面形貌光学显微镜图。
图4是市售6061-T6铝合金剥落腐蚀试验后表面形貌光学显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1、2、3、4所示。
一种锆微合金化的6013型铝合金，其制备方法为：
按53kg铝合金配制为例。
先将40.479kg A00等级纯Al(成分：99.79％Al，0.14％Fe，0.04％Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同)熔化后依次加入1.01kgAl-Cu中间合金(49.62％Al，50.12％Cu，0.15％Fe，0.11％Si)(Cu的损失率约为6.25％)、5.628kg Al-Si中间合金(89.62％Al，10.21％Si，0.17％Fe)(Si的损失率约为5％)、3.168kg Al-Mn中间合金(89.73％Al，10.02％Mn，0.19％Fe，0.06％Si)(Mn的损失率约为10％)、1.57kg Al-Zr中间合金(95.69％Al，4.11％Zr，0.20％Fe，0.10％Si)(Zr的损失率约为8％)、0.251kg纯Zn(Zn的损失率约为8％)、0.894kg纯Mg(Mg的损失率约为20％)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为106g)，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行470～490℃×24h的退火、经500～520℃预热后进行锻压加工、560～570℃×2～4h固溶处理、151℃×8h+191℃×8h时效处理；即获得锆微合金化的6013型铝合金。
在后处理过程中固溶处理的条件不同，最终所得的铝合金的性能也有差别，如铝合金经一次固溶处理560℃×2h和两次连续的时效处理151℃×8h+191℃×8h后，其实测硬度为152.0HV，比6061-T6(固溶处理560℃×2h、时效处理160℃×20h)铝合金高14.6％；按GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为227.23μm(附图1)，处于四级，而6061-T6铝合金的晶间最大腐蚀深度为295.58μm(附图2)；按GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀(附图3)，处于PB级，而6061-T6铝合金的表面也仅出现点蚀(附图4)，处于PB级，但点蚀的数目要多。
而上述所得的铝合金经两次连载的固溶处理560℃×2h+570℃×2h和两次连续的时效处理151℃×8h+191℃×8h后，其实测硬度为149.5HV，比6061-T6(固溶处理560℃×2h+570℃×2h、时效处理160℃×20h)铝合金的硬度高16.8％；按GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为279.38μm，处于四级，而6061-T6(固溶处理560℃×2h+570℃×2h、时效处理160℃×20h)铝合金的晶间最大腐蚀深度为211.96μm；按GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，处于PB级，而6061-T6铝合金的表面虽也仅出现点蚀，处于PB级，但点蚀的数目要多。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：1.35Mg，1.03Si，0.895Cu，0.539Mn，0.436Zn，0.112Zr，余量为铝和少量杂质元素。
实施例二
一种锆微合金化的6013型铝合金，其制备方法为：
按53kg铝合金配制为例。
先将40.25kg A00等级纯Al(成分：99.79％Al，0.14％Fe，0.04％Si)熔化后依次加入1.07kgAl-Cu(49.62％Al，50.12％Cu，0.15％Fe，0.11％Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25％)、6.39kgAl-Si(89.62％Al，10.21％Si，0.17％Fe)中间合金(Si的损失率约为5％)、2.56kg Al-Mn(89.73％Al，10.02％Mn，0.19％Fe，0.06％Si)中间合金(Mn的损失率约为10％)、1.75kg Al-Zr中间合金(95.69％Al，4.11％Zr，0.20％Fe，0.10％Si)(Zr的损失率约为8％)、0.18kg纯Zn(Zn的损失率约为8％)、0.80kg纯Mg(Mg的损失率约为20％)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为106g)，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行470～490℃×24h的退火、经500～520℃预热后进行锻压加工、560～570℃×2～4h固溶处理、151℃×8h+191℃×8h时效处理；即获得锆微合金化的6013型铝合金。
与实施例一一样，不同的固溶处理所得的最终的铝合金的性能也不一样，本实施例的铝合金经一次固溶处理560℃×2h和连续两次的时效处理151℃×8h+191℃×8h后，其实测硬度为151.7HV；按GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为245.38μm，处于四级，按GB/T22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，处于PB级。
本实施例的铝合金经连续两次固溶处理560℃×2h+570℃×2h和连续两次时效处理151℃×8h+191℃×8h后所得的铝合金，其实测硬度为150.1HV；按GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为282.13μm；按GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，处于PB级。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：1.21Mg，1.17Si，0.948Cu，0.436Mn，0.309Zn，0.125Zr，余量为铝和少量杂质元素。
实施例三
一种锆微合金化的6013型铝合金，其制备方法为：
按53kg铝合金配制为例。
先将40.74kg A00等级纯Al(成分：99.79％Al，0.14％Fe，0.04％Si)熔化后依次加入0.98kgAl-Cu(49.62％Al，50.12％Cu，0.15％Fe，0.11％Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25％)、4.92kgAl-Si(89.62％Al，10.21％Si，0.17％Fe)中间合金(Si的损失率约为5％)、3.78kg Al-Mn(89.73％Al，10.02％Mn，0.19％Fe，0.06％Si)中间合金(Mn的损失率约为10％)、1.28kg Al-Zr中间合金(95.69％Al，4.11％Zr，0.20％Fe，0.10％Si)(Zr的损失率约为8％)、0.33kg纯Zn(Zn的损失率约为8％)、0.97kg纯Mg(Mg的损失率约为20％)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为106g)，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行470～490℃×24h的退火、经500～520℃预热后进行锻压加工、560～570℃×2～4h固溶处理、151℃×8h+191℃×8h时效处理；即获得锆微合金化的6013型铝合金。
本实施例根据最终固溶处理方式的不同，最终所得铝合金的性能也不同，如铝合金经一次固溶处理560℃×2h和两次连载的时效处理151℃×8h+191℃×8h后，其实测硬度为151.2HV；按GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为238.43μm，处于四级，按GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，处于PB级。
而本实施例的铝合金经两次连续的固溶处理560℃×2h+570℃×2h和两次连续的时效处理151℃×8h+191℃×8h，其实测硬度为150.6HV；按GB/T7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为287.56μm；按GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，处于PB级。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：1.47Mg，0.90Si，0.866Cu，0.644Mn，0.573Zn，0.091Zr，余量为铝和少量杂质元素。
以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的锆微合金化的6013型铝合金。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种锆微合金化的6013型铝合金，其特征在于：它主要由铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)和锆(Zr)组成，其中，镁(Mg)的质量百分比为1.21～1.47％，硅(Si)的质量百分比为0.90～1.17％，铜(Cu)的质量百分比为0.866～0.948％，锰(Mn)的质量百分比为0.436～0.644％，锌(Zn)的质量百分比为0.309～0.573％，锆(Zr)的质量百分比为0.091～0.125％，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100％。
2.一种权利要求1所述的锆微合金化的6013型铝合金的制备方法，其特征在于：
首先，将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、纯Zn和纯Mg，待全部中间合金或金属熔化后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；
其次，对浇铸成锭的合金进行后处理，即可获得锆微合金化的6013型铝合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Si中间合金中Si的质量百分比为10.21％，Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的浇铸成锭合金的后处理包括470～490℃×24h退火、500～520℃预热后的锻压加工、至少一次的560～570℃×2～4h固溶处理和连续两次的151℃×8h+191℃×8h时效处理。
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