CN103397228A

CN103397228A - 可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金

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Publication number: CN103397228A
Application number: CN2013103203361A
Authority: CN
Inventors: 黄文�
Original assignee: GUANGXI DEJUN DOOR & WINDOW CURTAIN WALL Co Ltd
Current assignee: GUANGXI DEJUN DOOR & WINDOW CURTAIN WALL Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明提供了一种可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，包括以下重量份百分比的组分：铁0.05～1.00%、硅0.05～0.60%、铜小于0.50%、锰不大于1.20%、锆0.02～0.20%、铬0～0.50%、锌0.02～1.00%、钛0.02～0.20%、钒0.02～0.20%、镁不大于2.00%、锑不大于0.01%、附带杂质不大于0.02%、余量为铝。本发明由于添加了受控含量的钛、钒、锆三种过渡元素，显著提高了铝合金材料的耐腐蚀性、可挤压性以及加工性能。

Description

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金

技术领域

本发明涉及冶金、机械制造领域，特别涉及一种具有良好的可挤压性能、机械强度和优越的耐腐蚀性能的铝合金。

背景技术

铝合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、易加工等一系列优点，在航空、交通运输、电力电子等行业得到了极其广泛的应用。AA1000系列铝合金耐腐蚀性能突出，但强度不高。AA3000系列铝合金（如AA3102、AA3003）则结合了相对较高的强度、较轻的重量、一定的耐腐蚀性和可挤压性，而广泛用于汽车工业中。但这类铝合金处于腐蚀环境时，容易受到大范围的小孔腐蚀，导致汽车部件故障。现有一种公开的高可挤压性和高耐腐蚀性的铝合金，该铝合金包括0.1～0.5重量百分比的锰、0.05～0.12%重量百分比的硅、0.10～0.20%重量百分比的钛、0.15～0.25%重量百分比的铁和平衡重的铝以及各种附带杂质。而且该合金优选基本不含铜，铜的含量不大于0.01%。该铝合金的耐腐蚀性比AA3000系列铝合金强，但由于需要极高挤压力而不利于挤压。因此，急需开发出一种耐腐蚀性、可挤压性能以及加工性能综合提高的铝合金。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铝合金，不仅具有优越的耐腐蚀性能，还具有良好的挤压性能和冷热加工性能。

本发明提供的技术方案是一种可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，包括以下重量份的组分：

铁0.05～1.00%、硅0.05～0.60%、铜小于0.50%、锰不大于1.20%、锆0.02～0.20%、铬0～0.50%、锌0.02～1.00%、钛0.02～0.20%、钒0.02～0.20%、镁不大于2.00%、锑不大于0.01%、余量为铝，以及不大于0.02%的附带杂质。

作为优选，包含以下重量百分比的组分：

铁0.05～0.55%、硅0.05～0.20%、锆0.02～0.18%、锌0.10～0.50%、钛0.02～0.15%、钒0.05～0.12%。

进一步优选地，包含以下重量百分比的组分：

铁0.05～0.25%、硅0.05～0.15%、锌0.10～0.25%。

上述组分中，较低含量的铁可以提高铝合金的耐腐蚀性，这是因为较低含量的铁会降低富铁颗粒的量，而富铁颗粒通常容易造成点蚀，因此，铁的优选含量为0.05～1.00%，进一步优选含量为0.05～0.25%。铜通常不利于铝合金的挤压速度和耐腐蚀性，但含量小于0.50%的铜可以调节铝合金的电位。为了提高铝合金总的耐腐蚀性，锌的优选含量为0.10～0.50%、进一步优选含量为0.10～0.25%。

更进一步优选地，锆、钛和钒三种元素的重量分数之和不大于0.3%。这是因为：

1）固溶体中的锆和钛均可用来提高铝合金的耐腐蚀性。当分别加入时，锆和钛的最大加入量为0.2%（w/w），当超过这一含量时所生成的初级化合物会减小这些元素在固溶体中的含量。此外，由锆和钛生成的初级化合物（A1₃Zr、A1₃Ti）比起铝母体不易起化学反应而生成点蚀，从而降低铝合金耐腐蚀性。锆和钛在固化时都会发生包晶反应，这一反应的产物表现为这些元素在晶粒中央的高集中区（大的正分配系数），这些区域在轧制或挤压时会生成与工件表面平行的片层结构，从而在整个厚度方向上减慢腐烛。同时加入锆和钛会获得更大和更集中区，从而提高耐腐蚀性。钒是一种性能和作用与锆、钛相同的元素，但钒元素的增加对降低铝合金的耐腐蚀性能，除非锆的含量比钒含量高。在锆、钛和钒三种元素总含量在不大于0.3%（w/w）时，三者任意组合均可取的较好的耐腐蚀性。

2）只要高温处理前热处理最佳化，锆、钛和钒中特别是锆会阻碍重结晶倾向。阻碍重结晶的能力与在温度高达300～400℃时长时间稳定的共格/准共格小沉淀物的数量和大小有关。用温度为150～350℃的反向退火生成的多基因精细结构的机械强度比在没有锆、钛和钒三种元素的情况下生成的对应重结晶结构高，这些沉淀物的密度随着锆、钛和钒三者含量的增加而增加，因此组合这三种元素可在室温到400℃的温度范围内提高铝合金的机械强度。

3）钒能与锆和钛同样地提高铝合金的机械性能，它们可通过提高加工硬化系数（“n”）来提高可成形性，“n”随着这三种过渡元素含量的升高几乎呈线性增加，直至过渡元素总含量为0.5%（w/w）。与锆和钛有所不同，钒会一定程度上降低铝合金的耐腐蚀性能，除非锆的含量比钒的高。但组合加入含量之和不大于0.45%（w/w）的钒、锆和钛时，并不会生成A1₃Zr这类有害的初级化合物，不会影响铝合金的耐腐蚀性能。申请人进一步发现，当钒、锆和钛的加入总量在0.3～0.45%（w/w）区间范围时，会影响铝合金的导电率。因此，锆、钛和钒三种元素的重量分数之和不大于0.3%，可在耐腐蚀性、强度和加工性能之间获得最佳平衡。

为了进一步改善上述铝合金的耐腐蚀性能和可挤压性能，上述组分中，锰的重量含量为0.05～0.30%、铬的重量含量为0.02～0.25%、镁的重量含量小于0.03%。在这种情况下的铝合金，铬的加入能提高铝合金的可挤压性，但对拉伸性能有一定的消极影响，因此，铬的优选含量为0.02～0.25wt%。锰可以细化铝合金颗粒，提高铝合金的强度又不降低耐腐蚀性，但过高含量的锰会在合金中的溶解度达到饱和，将导致在热加工过程中降低合金的挤出性能。因此，锰的优选含量为0.05～0.30wt%。

为了进一步提高上述铝合金的冷成形性（拉伸或弯曲等）并加工得到较高强度的铸造部件，上述组分中，锰的重量含量0.50～0.80%、铬的重量含量0.02～0.18%、镁的重量含量低于0.30%。镁的含量低于0.03%时，利于钎焊。这种情况下的铝合金对拉伸性能要求较高，因此，进一步减少铬元素的含量至0.02～0.18wt%。为了兼顾拉伸性能及强度，锰的含量为0.50～0.80wt%。

为了进一步提高上述铝合金的热成形性并加工得到较高的强度的铸造部件，上述组分中，锆的重量含量为0.10～0.18%。在对该铝合金进行热处理时，应以小于150℃/h的加热速度加热至450～550℃后保温2～10h。对于在该铝合金在冷加工后还需要进行“初退火”处理时，应将冷加工后的铝合金加热到150～350℃后并保温10～10000min。

本发明通过添加钛、钒、锆三种过渡元素，可明显提高铝合金的可挤压性能、机械性能以及耐腐蚀性能，当所述三种过渡元素的添加总量不大于0.3%时，铝合金的可挤压性能、机械性能以及耐腐蚀性能三种性能达到最佳平衡。

具体实施方式

以下具体实施例对本发明作进一步阐述，但不作为对本发明的限定。

实施例1

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.05%、硅0.05%、铜0.40%、锰1.20%、锆0.02%、铬0.50%、锌0.02%、钛0.02%、钒0.02%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法：将上述原料混合投入熔炉中使之完全熔化，加入无毒精炼剂（氯化钠、氯化钾和冰晶石组成）进行精炼，将精炼后的熔炼液通过流槽送入立式圆铸棒铸造机中，并加入精晶粒细化剂（Ti₅B丝）,铸造开始时的铸造速度为155mm/min，铸造至棒料长度为15cm时，提高铸造速度至240mm/min，将铸造好的棒料加热至490℃，铸造得到直径为95mm、长1.1m的棒料。

实施例2

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁1.00%、硅0.60%、铜0.45%、锰1.20%、锆0.20%、铬0.50%、锌1.00%、钛0.20%、钒0.20%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例3

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.55%、硅0.20%、铜0.50%、锰1.20%、锆0.18%、铬0.50%、锌0.50%、钛0.15%、钒0.12%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例4

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.25%、硅0.15%、铜0.2%、锰1.20%、锆0.18%、铬0.50%、锌0.25%、钛0.15%、钒0.12%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例5

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.05%、硅0.05%、铜0.4%、锰1.20%、锆0.18%、铬0.50%、锌0.10%、钛0.02%、钒0.1%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例6

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.25%、硅0.15%、铜0.10%、锰0.30%、锆0.02%、铬0.25%、锌0.25%、钛0.02%、钒0.05%、镁0.03%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例7

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.05%、硅0.15%、铜0.30%、锰0.50%、锆0.10%、铬0.18%、锌0.10%、钛0.15%、钒0.05%、镁0.30%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。制备方法同实施例1。

实施例8

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.25%、硅0.10%、铜0.25%、锰1.20%、锆0.06%、铬0.50%、锌0.2%、钛0.04%、钒0.05%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例9

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.25%、硅0.10%、铜0.25%、锰1.20%、锆0.1%、铬0.50%、锌0.2%、钛0.05%、钒0.1%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例10

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.25%、硅0.10%、铜0.25%、锰1.20%、锆0.08%、铬0.50%、锌0.2%、钛0.12%、钒0.1%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实施例11

可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金配比：铁0.25%、硅0.10%、铜0.25%、锰1.20%、锆0.1%、铬0.50%、锌0.2%、钛0.2%、钒0.15%、镁2.00%、锑0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

制备方法同实施例1。

实验例

为了证实本发明所述的铝合金的特性有所提高，进行了如下若干实验。

挤压试验：将实施例8～11制得的棒料用8MN垂直挤压机进行挤压，挤压工艺为：棒料温度为470℃，模具温度为430℃，挤压机盛锭筒温度为410℃，挤压速度为1.8～1.9mm/s，以电风扇冷却或水雾冷却淬火，依次制成四个外径为6mm的管件A、B、C、D。挤压性与模头最大压力有关。这些参数被固定在挤压机上的压力传感器记录下来，具体数据见表1。

电导率试验：采用实施例8～11制得的棒料打磨抛光出一个粒度为2000目、尺寸为2cm×2cm×1cm的试样进行电导率测试，测试结果见表1。

拉伸测试：分别从实施例8～11制得的棒料上截取φ10纵向国际拉伸试样以及φ8横向国际拉伸试样，拉伸试验按国标GB/T228标准进行，测试结果见表1。

SWATT测试：分别从实施例8～11制得的棒料上截取尺寸为50㎜×50㎜×2㎜的试样进行SWATT测试（酸化合成海水测试方法），根据ASTMG85-85Annex A3，通过在98%湿度下交替进行30分钟的喷射期和90分钟的浸泡期进行测试。所用电极为用乙酸酸化至pH为2.8～3.0和组成根据ASTM标准D1141的人工海水，室中温度保持在49℃。测试在Erichsen盐水喷射室（Salt Spray Chamber）（号606/1000）中进行。

腐蚀时间设定为800小时，将表面没有深度超过0.1mm的腐蚀坑的试样评定为良好，将有超过0.1mm的腐蚀坑的试样评定为腐蚀性差，测试结果见表1。

表1可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金的性能测试结果

实验例8

实验例9

实验例10

实验例11

最大抗拉强度（MPa）	850	890	920	950
					屈服强度（MPa）	420	450	460	500
SWATT	良好	良好	良好	差
					电导率（MS/M）	26.5	24.5	24.3	22.5
挤压力（KN）	7000	7300	7500	7400

从这些实验的结果显然可看出，同时使用最大含量为0.3%重量百分比的三种元素锆、钛和钒可产生相加效应，并在耐腐蚀性、强度、可加工性之间获得最佳平衡。

Claims

1.可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括以下重量份百分比的组分：

铁0.05～1.00%、硅0.05～0.60%、铜小于0.50%、锰不大于1.20%、锆0.02～0.20%、铬不大于0.50%、锌0.02～1.00%、钛0.02～0.20%、钒0.02～0.20%、镁不大于2.00%、锑不大于0.01%、余量为铝，附带杂质不大于0.02%。

2.根据权利要求1所述的可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括以下重量份百分比的组分：

3.根据权利要求2所述的可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括以下重量份百分比的组分：铁0.05～0.25%、硅0.05～0.15%、锌0.10～0.25%。

4.根据权利要求3所述的可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：锆、钛和钒三种元素的重量分数之和不大于0.3%。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括以下重量份百分比的组分：

锰0.05～0.30%、铬0.02～0.25%、镁0～0.03%。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括以下重量份百分比的组分：

锰0.50～0.80%、铬0.02～0.18%、镁0～0.30%。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的可挤压、可拉伸、耐腐蚀铝合金，其特征在于：包括以下重量份百分比的组分：锆0.10～0.18%。