CN103924135A - 一种高成型性Al-Mg-Si合金 - Google Patents

Abstract

本发明属于合金材料技术领域，提供了一种高成型性Al-Mg-Si合金及其生产工艺，本发明在原Al-Mg-Si合金中添加变质剂Al-10Sr，其生产工艺包括以下步骤：步骤1，熔炼与铸造；步骤2，铸造均匀化，其中均匀化控温精度为±10℃，初步均匀化参数:(530～580℃)/(3～8h)；步骤3，挤压；步骤4，时效，其中，时效工艺为(130～180℃)/(3～8h)；步骤5，固溶时效，其中，在510～570℃保温20min～80min后，水淬至室温，随后进行时效处理，本发明同时具备足够强度和弯曲性能的优点。

Description

一种高成型性Al-Mg-Si合金

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，尤其涉及一种高成型性Al-Mg-Si合金及其生产工艺。

背景技术

Al-Mg-Si铝合金，亦为6xxx系合金，具有高强度，高塑性，耐蚀性和焊接性等优良综合性能。在建筑铝型材中，得到广泛的应用。与钢铁材材料相比，6xxx系铝合金可达到相近的屈服强度和抗拉强度，而其抗腐蚀性远优于钢材。合金在热状态下，塑性很高，可制造结构复杂，壁薄中空的挤压半成品。也可冲压成型后进行阳极氧化着色，油漆烘烤，上珐琅，得到多彩精美外观，形状各异的产品，满足多方客户需求，因此广泛应用于结构材料和装饰材料。

Al-Mg-Si系高塑性材料,常用的牌号有6061L(D30)和6063L(D31)等，可高速挤压成断面复杂、壁厚各异的型材，经人工时效后具有中等强度，且挤压后型材表面光洁，容易阳极氧化和着色，在建筑型材用材中具有垄断地位，据统计目前在民用建筑铝型材生产中95%采用Al-Mg-Si系铝合金。

随着我国铝生产加工企业的发展，同时联合国内外汽车制造商，大力研发汽车用铸造与变形铝合金，研发出铝制车用空调散热器管材，并应用于生产。同时在车身用铝合金的材料研发，如铝合金的冲压件等。不过铝型材应用于汽车零部件在本国的科研工作与国外科研与生产实力相比还存在很大的发展空间。国内生产的铝合金挤压型材的性能，还达不到现今汽车工业生产要求。除此之外，铝合金越来越多的被利用为建筑、船舶、集装箱、桥梁护栏等轻量化结构材料。但是由于一部分传统Al-Mg-Si合金仅仅具有足够的强度，而冷加工弯曲性能不佳；亦或具有好的弯曲性能，强度却又难以达到标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高成型性Al-Mg-Si合金，在原Al-Mg-Si合金中添加变质剂Al-10Sr。

优选的，在原6063合金中添加变质剂Al-10Sr。

优选的，在所述合金中Sr的含量按质量百分比为0.025%～0.040%。

优选的，在所述合金中Sr的含量按质量百分比为0.034%。

本发明的另一目的在于提供一种高成型性Al-Mg-Si合金的生产工艺，包括以下步骤：

步骤1，熔炼与铸造；

步骤2，铸造均匀化，其中均匀化控温精度为±10℃，初步均匀化参数:(530～580℃)/(3～8h)，初步均匀化参数以560℃/6h为最佳；

步骤3，挤压；

步骤4，时效，其中，时效工艺为(130～180℃)/(3～8h)，时效工艺以160℃/6h为最佳；

步骤5，固溶时效，其中，在510～570℃保温20min～80min后水淬至室温，随后进行时效处理，以540℃保温40min为最佳。

本发明的有益效果：本发明提供的高成型性Al-Mg-Si合金同时具备足够强度和弯曲性能，挤压铝合金型材作为车体结构部件具有很大的发展空间，进一步拓宽了车身设计的自由度，有利于车身的轻量化，汽车品种将更为多样化，具有可观的经济效益，以及满足各种应用铝合金型材的生产需求。

附图说明

图1高成型性Al-Mg-Si合金的生产工艺流程图；

图26063合金铸锭的低倍宏观组织；

图3高成型性Al-Mg-Si合金铸锭的低倍宏观组织。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1示出了本发明的生产工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤11：熔炼

仪器：中频感应炉，置于电阻石墨坩埚中熔炼。

（1）烘炉

最高加热温度不允许超过1050℃。

（2）加料

将纯铝锭装炉，升温至760℃待其全部融化→加入Al-Mn中间合金→加入Al-Si中间合金并搅拌→加入Al-Sr中间合金并搅拌

→降温至720℃；纯Mg锭迅速压入熔体当中，搅拌后静置→加入熔剂并通氩气精炼，静置→搅拌后静置→取样进行炉前分析，成份分析合格后开始浇铸（浇铸温度为750℃）→加入Al-Ti-B丝→采用铁模铸造。

（3）熔化

熔炼温度720～760℃，但炉膛温度不宜超过1050℃；注意避免熔体局部过热。

（4）搅拌

1）当炉料软化下塌时，必须均匀撒入一层粉状覆盖剂，每kg炉料用量为2g，本实验中每熔次用量为2g；

2）搅拌时铁耙在液面下缓慢移动，液面平稳不起浪花，不留死角。

（5）扒渣

1）炉料全部熔化后，在熔炼温度范围内进行扒渣；

2）扒渣前先将炉渣扒至炉门口附近，撒入打渣剂；

3）打渣剂加入量视渣量多少而定。一般为炉料量的1～2‰，扒渣时要做到平稳彻底，尽量避免带出铝液。

（6）炉前快速取样分析

1）试样必须在所有合金成份加完后且熔体充分搅拌后选取；

2）试样应在炉门的中间、熔体深度一半处选取；

3）试样模应预热，否则试样有气孔、疏松等缺陷，于分析成分不利；

4）取样后，要在熔体表面均匀撒入5～10g粉状熔剂进行覆盖。

步骤12：铸造

（1）精炼

1）惰性气体采用纯度不小于99.997%的高纯氩气，熔剂采用由40～50%KCl+25～35%NaCl+18～26%Na3AlF6组成的粉状熔剂；

2）精炼温度应控制在720～750℃；

3）精炼剂加入量每kg铝按1.5～2.0g控制，本实验中每熔次加入量3～10g。

4）打开高纯氮气阀，将精炼管插入熔池内，调节阀门控制精炼剂加入速度和精炼时间。

（2）扒渣

1）精炼结束后，应彻底扒除铝液表面浮渣；

2）扒渣时，应用打渣剂先造渣，使渣中金属与渣子尽可能分离。

（3）静置

扒完渣后在铝液表面均匀撒入一层覆盖剂，静置15～30分钟。

（4）铸造

1）采用铁模铸造；

2）检查各浇注仪器，所有铸造工具（分流盘、流槽等），在使用前必须充分预热，使之彻底干燥，并保持表面清洁无渣；

3）铸造前铝钛硼丝（Al-Ti-B丝）应预先安装好；

（5）铸锭尺寸

圆柱体50mm，长度：188-189mm。

（6）铸锭锯切工艺

1）每铸造十个熔次，要从靠近熔炉最近的铸棒中任取一根铸锭，在切头切尾后的头尾两端各切取低倍试样一片，厚度为10mm；

2）每锯切时，应测量其长度和切斜度；

3）锯切过程中，要始终保持铸棒表面的清洁，不得粘有铝屑、灰尘和油污。

步骤2：铸锭均匀化

均匀化实验控温精度为±10℃，初步均匀化参数:560℃/6h。

随炉升温至均匀化温度，防止铸锭由室温加入电阻炉后温度的骤升，而产生热应力，保温6小时后，随炉，冷却至室温。

步骤3：挤压

挤压机：300吨立式油压机床；

挤压筒尺寸：大内径57.4mm，小内径51mm，高度：115mm

挤压比：λ=25；

挤压筒加热温度：520℃～530℃；

挤压速度:2.0～2.5min；

铸锭加热温度：480℃～520℃，加热时间：1h；

铝杆出口温度：500-540℃。

步骤4：时效

处理工艺：160℃/6h。

步骤5：固溶时效

固溶+时效处理工艺：540℃/40min+160℃/6h，固溶处理的试样，在540℃保温40min后，水淬至室温，随后进行时效处理。

实施例2

图2为6063合金铸锭的低倍宏观组织，Mg的质量百分比为0.5%，Si的质量百分比为0.42%，其余为Al；图3为高成型性Al-Mg-Si合金铸锭的低倍宏观组织，Mg的质量百分比为0.5%，Si的质量百分比为0.42%，Sr的质量百分比为0.034%，其余为Al。

两种合金铸锭的低倍宏观组织，均由边缘的激冷晶（A1区和A2），粗大的柱状晶（B1区和B2区）和中心的等轴晶组成（C1区和C2区）。合金在熔炼过程中，当熔体与模壁或结晶器内壁接触时，由于过冷度大，在铸锭表面形成一层细晶组织，然后结晶沿着垂直于冷却面的方向向熔体内部延伸，形成柱状晶粒组织。锶变质在铸造铝工业中尤其是在铸造Al-Mg-Si合金中得到了广泛的应用，逐渐取代钠盐变质，使用规模在不断地增长中。在亚共晶与共晶型铸造Al-Mg-Si合金中添加锶变质剂，主要是改变组织中的形貌，改善铸件的机械性能。单独加Al-10Sr中间合金作变质处理，对铝基体不会产生恶化效果，合金组织部分得到细化。

Al-10Sr变质处理后本发明合金组织中α-Al晶粒有所细化，等轴晶区的比例提高。其原因在于Al-Sr二元相图在654℃时有一共晶反应与Al-B二元相图相似，起到细化合金晶粒的作用。

实施例3

表1不同生产工艺状态的硬度值（HB）

	铸态	均质态	时效态
				6063合金	45	43	88
高成型性Al-Mg-Si合金	56	48	94

参见表1，分别在560℃均质2h、160℃时效6h以及铸态时使用HBE-3000型布氏硬度试验机测定硬度。两种合金的硬度，在时效态最高，均质态最低，铸态居中。

合金在均匀化过程中，随着温度的升高，合金的硬度有所下降。这是由于铸态合金在激冷铸造后，铸锭组织为非平衡的过饱和固溶体和枝晶间粗大的平衡第二相，过饱和程度高，合金的硬度较高。当加热至略低于固相线的均匀化温度后，基体的过饱和程度降低，合金的强度和硬度与、第二相的粒度、粒形和物相结构密切相关。因此合金的硬度有所降低。

两种合金在经过时效处理后，合金在540℃进行固溶处理，以分解合金元素，随后水淬至室温，以获得高度过饱和固溶体，随后控制合金的时效时间与温度，以控制过饱和固溶体的分解以形成细小弥散的析出相，从而达到时效硬化的效果。比较表1两种合金的硬度数值，不论是铸态，均质态还是时效态，高成型性Al-Mg-Si合金都高于6063合金。

实施例4

表2不同生产工艺状态的拉伸性能

由表2可以明显看出，经过热处理之后，屈服强度与抗拉强度增大趋势非常明显。挤压态的本实施例合金比6063合金的抗拉强度，屈服强度及延伸率均高出7.2%，91.8%和40%。两种合金在未经固溶而直接进行时效后，本实施例合金除了抗拉强度高于6063合金，其屈服强度和延伸率均有所下降。而当两种合金在经过固溶处理再进一步做时效处理后，本实施例合金的性能又优于6063合金，而合金的力学性能能够反应出合金的挤压性能，顾本实施例合金的抗挤压性能更佳。

经加工成型的6063型材和本实施例型材，同时在冲床机进行160℃时效，6063型材在8小时发生断裂，而本实施例型材具有很好的抗弯性能。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种高成型性Al-Mg-Si合金，其特征在于，在原Al-Mg-Si合金中添加变质剂Al-10Sr。

2.根据权利要求1所述的高成型性Al-Mg-Si合金，其特征在于，在原6063合金中添加变质剂Al-10Sr。

3.根据权利要求1或2所述的高成型性Al-Mg-Si合金，其特征在于，在所述合金中Sr的含量按质量百分比为0.025%～0.040%。

4.根据权利要求3所述的高成型性Al-Mg-Si合金，其特征在于，在所述合金中Sr的含量按质量百分比为0.034%。

5.一种高成型性Al-Mg-Si合金的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，熔炼与铸造；

步骤2，铸造均匀化，其中均匀化控温精度为±10℃，初步均匀化参数:(530～580℃)/(3～8h)；

步骤3，挤压；

步骤4，时效，其中，时效工艺为(130～180℃)/(3～8h)；

步骤5，固溶时效，其中，在510～570℃保温20min～80min后，水淬至室温，随后进行时效处理。