CN103911531A - 一种Al-Mg合金及其板材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Al-Mg合金及其板材的制备方法，属于有色金属及其制备领域。合金具有以质量百分比计的以下的组成成分：Mg：5.2～7.2，Cu：0～0.2，Mn：0.1～0.4，Cr：0～0.1，Ti：0～0.15，Fe：0～0.4，Si：0～0.4，余量为Al及不可避免的杂质。通过浇铸、均匀化退火、热轧、冷轧、以及再结晶退火的方法获得该合金板材。该产品与传统的AA5182合金相比在保持合金成形性能基本不变的前提下，显著提高了合金的力学性能，可作为汽车车身用板。

Description

一种Al-Mg合金及其板材的制备方法

发明领域

本发明属于有色金属及其制备领域，尤其涉及一种高强度易成形Al-Mg型合金，及由这种合金制得的板材产品。

发明背景

下文中，除非另有说明，合金的命名使用铝业协会(TheAluminumAssociation)的命名规则，热处理规范(temperdesignations)的命名根据欧洲标准NEN-EN515定义。对于合金以及优选合金中各元素的任何描述，除非另外说明，均按照质量百分比计。

世界汽车工业的迅猛发展带来了越来越严重的环境污染和能源短缺等社会问题，减轻汽车自重以降低能耗，减少环境污染，提高燃料的经济性是解决这些问题最直接有效的途径之一。铝合金作为汽车轻量化的首选材料，具有其他合金材料无法比拟的优良性能。高强度易成形5×××系列合金的开发将为此提供最佳选择。目前有关5xxx系列合金在汽车材料中的应用已经较为广泛，如5005，5252，5457和5657用于密封板等，5051，5182和5754等用于内板等，也有不少相关的国际专利加以保护，如US6344096B1,US6544358B1，EP1433866A2等。即使国内也有不少这方面的相关专利，如CN101880894A，CN101880803A，CN101880802A等，但是主要集中在对已有牌号(如5083、5754等)的模仿或改进，很少涉及系统开发新型的汽车材料用5xxx系列合金。

传统汽车内板用5xxx系列合金的组成范围分别为：AA5182：Mg含量为4.0至5.0，Mn含量为0.2至0.5，Cr含量最高0.1，Zn含量最高为0.25，Cu含量最高为0.15，Ti含量最高为0.1，Fe含量最高为0.35，Si含量最高为0.2；AA5754：Mg含量为2.6至3.6，Mn含量为0至0.5，Cr含量最高为0.3，Zn含量最高为0.2，Cu含量最高为0.1，Ti含量最高为0.15，Fe含量最高为0.4，Si含量最高为0.4。现有的A5182、AA5754等合金虽然具有良好的成形性，但是强度较低，抗冲击性较差，不能满足汽车车身板材进一步发展的需要。

基于以上汽车用5×××系列铝合金的发展趋势，本发明设想在传统的AA5182合金基础上，进一步提高Mg含量，并且控制其他合金化元素的含量，优化轧制以及退火工艺，同时改善合金的力学性能和成形性能，制备出一种具有高强度易成形的5×××系列合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的5×××系铝合金材料，和标准AA5182合金相比，在保持合金成形性能基本不变的前提下，大幅提高合金的力学性能，满足汽车工业的需要。

本发明改进型5×××系Al-Mg合金的成分范围为：Mg：5.2～7.2(优选5.2～6.3)，Cu：0～0.2(优选0.1～0.2)，Mn：0.1～0.4(优选0.1～0.25)，Cr：0～0.1，Ti：0～0.15，Fe：0～0.4(优选0～0.25)，Si：0～0.4(优选0～0.2)，其余是Al及不可避免的杂质。

本发明所描述的Al-Mg合金可以是由铸锭制备而成，该Al-Mg合金原料优选在热轧之前一次或多次在450℃至540℃之间进行10～24小时的预热或均匀化，以降低铸锭中合金元素的偏聚程度。该Al-Mg合金升温至500℃左右保温然后进行热轧，以便使其厚度降低至其起始厚度的5％～10％。合金热轧之后，对Al-Mg合金板材进行一次或多次冷轧变形，使板材的厚度降低至热轧板材的10～15％。冷轧后的合金在350℃～450℃之间进行30～90分钟的再结晶退火。根据本发明制备的Al-Mg合金板材和传统的AA5182-O板材相比在保持良好成形性的同时，具有更加优异的力学性能。

优选实施方案详述

现在参照下面的实施例说明本发明。

在实验室范围内制备了4种Al-Mg合金，合金的化学成分见表1所示。其中Al-Mg合金1为参考合金，Al-Mg合金2、3和4为本发明的一部分。

表1实例Al-Mg合金成分表(单位：wt.％)

熔铸的Al-Mg合金以30℃/小时的加热速度，从室温加热至450℃，保温5小时，继续加热至540℃，保温10小时，再随炉冷却至室温。将Al-Mg合金加热至500℃保温2小时进行总变形量为93.3％的热轧。对热轧后的板材首先进行第一次冷轧，压下率为33.3％，在450℃保温60min进行中间退火，而后对板材进行第二次冷轧，压下率为75％，在450℃保温60min进行再结晶退火。制备的板材按照ASTME8标准测定其沿不同方向(与轧制方向呈0°,45°和90°方向)的拉伸力学性能，得到各个方向的抗拉强度(σ_b)、屈服强度(σ_0.2)和断裂延伸率(δ)。合金的平均力学性能由下式计算可得：

X表示合金板材不同方向上的抗拉强度(σ_b)、屈服强度(σ_0.2)和断裂延伸率(δ)。

所测得的合金力学性能如表2所示。

表2试验合金的力学性能

按照ASTME646-07标准和ASTME517-00标准，测得板材各个方向的塑性应变比(r值)和应变硬化指数(n值)，通过以下公式计算得出板材的平均塑性应变比(值)和平均应变硬化指数(值)和平面各向异性指数(Δr值)，即：

$\stackrel{-}{r}=(r_0+r_{90}+{2r}_{45})/4---\left(2\right)$

$\stackrel{-}{n}=(n_0+n_{90}+{2n}_{45})/4---\left(3\right)$

$\mathrm{\Δr}=(r_0+r_{90}-{2r}_{45})/4---\left(4\right)$

所测得的合金成形性能如表3所示。

表3试验合金的成形性能

由表2以及表3可以看出，将Mg含量从4.57增加到6.91，合金再结晶退火状态下的力学性能显著提高，其中合金的屈服强度和抗拉强度提高15～20％，延伸率提高3％。当合金中的Mg含量增加到6.91时，合金的平均塑性应变比()以及平均应变硬化指数()略有下降。综合考虑，合金2以及合金3具有最优异的综合性能。

Claims (6)

1.一种Al-Mg合金，其特征在于，所述Al-Mg合金的质量百分比含量为，5.2～7.2％Mg，0～0.2％Cu，0.1～0.4％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0～0.4％Fe，0～0.4％Si，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的一种Al-Mg合金，其特征在于，所述Al-Mg合金的质量百分比含量为，5.2～6.3％Mg，0.1～0.2％Cu，0.1～0.25％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0～0.25％Fe，0～0.2％Si，其余为Al。

3.如权利要求1或2所述一种Al-Mg合金的板材的制备方法，其特征在于，其制备方法为，将所述Al-Mg合金制备的铸锭进行预热或均匀化处理后，进行变形量为90～95％的热轧，再进行一次或多次冷轧以及相应的再结晶退火处理，得到Al-Mg合金板材。

4.根据权利要求3所述的一种Al-Mg合金的板材的制备方法，其特征在于，其制备方法为，将所述Al-Mg合金制备的铸锭进行一次或两次以上的均匀化处理，处理工艺为450℃～540℃，保温10～24小时；均匀化后进行热轧，将材料加热到480～520℃保温2小时后进行变形量为90～95％的热轧，热轧后进行变形量为30～40％冷轧变形；在350～450℃进行60～90分钟中间退火处理；退火后进行变形量为70～80％冷轧变形；在350～450℃进行60～90分钟再结晶退火处理。

5.根据权利要求4所述的一种Al-Mg合金的板材的制备方法，其特征在于，所述Al-Mg合金板材的力学性能为屈服强度140～180MPa，抗拉强度290～340MPa，延伸率25～30％。

6.根据权利要求4所述的一种Al-Mg合金的板材的制备方法，其特征在于，所述Al-Mg合金板材的成形性能为塑性应变比0.72～0.8，应变硬化指数0.32～0.35。