CN104032192B - 一种提高含铒铝合金板材抗疲劳损伤性能的轧制及热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种提高含铒铝合金板材抗疲劳损伤性能的轧制及热处理工艺，属于有色金属合金技术领域。对于Mg6.10wt%，Mn0.51wt%，Zn0.81wt%，Er0.20wt%，Zr0.18wt%，杂质总含量小于1wt%，其余为Al的Al-Mg-Mn-Zr-Er合金板材于470℃进行20h的均匀化退火，结束后出炉空冷；然后410℃热轧，压下量为80%，得到10mm厚的热轧板；经350℃保温2h，空冷后进行60%压下量的冷轧，得到4mm厚冷轧板，并于170℃保温2h，最后空冷至室温。本发明提出的轧制及热处理工艺，通过Al3(Er,Zr)粒子的作用，得到一种具有较高强度的抗疲劳损伤的铝合金板材。
Description
技术领域
本发明属于有色金属合金技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Mn-Zr-Er合金抗疲劳损伤的轧制及热处理工艺。
技术背景
5XXX系铝合金的强度及抗疲劳损伤性能一直以来都是科学家们广泛关注的问题。研究出一种能集强度和抗疲劳损伤性能都较为良好的铝合金材料，对我国的航空、船舶、等国防工业有着极为重要的作用。近年来，学者们对铝合金的抗疲劳损伤性能的研究主要集中在以下几个方面：首先是外部因素对抗疲劳损伤性能的影响，它包括疲劳载荷大小、测试环境因素、疲劳载荷频率等方面。其次是内部显微组织因素对抗疲劳损伤性能的影响，研究的比较多的方面有合金的晶粒尺寸、晶内第二相粒子以及晶粒间的取向差等等。本发明则是在以上技术背景的基础上，针对添加微合金元素的Al-Mg系合金，经过轧制及热处理工艺，制备出具有较高强度及抗疲劳损伤性能的合金板材。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于Al-Mg-Mn-Zr-Er合金板材的轧制及热处理工艺，并通过合金中Er和Zr微量元素的协同作用，有效地提高铝合金的强度及抗疲劳损伤性能。
本发明所提出的一种Al-Mg-Mn-Zr-Er合金的热处理工艺，该铝合金中Mg含量为6.10wt％，Mn含量为0.51wt％，Zn含量为0.81wt％，Er含量为0.20wt％，Zr含量为0.18wt％，杂质元素总含量小于1wt％，其余含量为Al。其特征在于，包括以下步骤：
1)将合金铸锭于470℃保温20h进行均匀化退火，结束后出炉空冷，并进行热轧，热轧温度为410℃，压下量为80％，得到10mm厚的热轧板。再将此热轧板于350℃保温2h，空冷后进行60％压下量的冷轧，得到4mm厚板材；
2)对步骤1)所获得的板材于170℃退火保温2h，最后空冷至室温。
本发明采用上述工艺方法，在合金中可以得到大量细小弥散的的Al3(Er,Zr)沉淀相，这种沉淀相在合金中能够强烈地钉扎位错，使大量的位错在基体内缠结并通过回复转变为位错墙和大量的亚晶界，减少位错在晶界上的堆积，降低晶界上的应力集中，当裂纹沿着晶界扩展时，其扩展速率便得到降低。
本发明具有以下有益效果：
在Al-Mg-Mn-Zr-Er合金中采用本发明所提出的轧制及热处理工艺，能够在合金中得到大量细小弥散的Al3(Er,Zr)沉淀相，这种沉淀相不仅能够有效地提高力学性能，还能在保证力学性能的基础上对合金的抗疲劳裂纹扩展有好的影响，从而使合金的综合性能得到提高。
附图说明
图1Al-Mg-Mn-Zr-Er合金的疲劳裂纹扩展速率曲线；
图2170℃保温2h的Al-Mg-Mn-Zr-Er合金透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1
1)对于合金中Mg含量为6.10wt％，Mn含量为0.51wt％，Zn含量为0.81wt％，Er含量为0.20wt％，Zr含量为0.18wt％，杂质元素总含量小于1wt％，其余含量为Al的铸锭，于470℃进行均匀化退火20h，并于410℃进行80％压下量的热轧至10mm。再将此热轧板经350℃保温2h，空冷后进行60％压下量的冷轧，得到4mm厚板材。
2)对步骤1)中所获得的4mm厚板材于170℃保温2h，最后将其空冷至室温。按金属材料室温拉伸试验方法(GB228-2002)进行拉伸性能测试，数据列于表1。按金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法(GB/T6398-2000)进行疲劳裂纹扩展速率测试，曲线位于图1。
对比例1
1)对于合金中Mg含量为6.10wt％，Mn含量为0.51wt％，Zn含量为0.81wt％，Er含量为0.20wt％，Zr含量为0.18wt％，杂质元素总含量小于1wt％，其余含量为Al的铸锭，于470℃进行均匀化退火20h，并于410℃进行80％压下量的热轧至10mm。再将此热轧板经350℃保温2h，空冷后进行60％压下量的冷轧，得到4mm厚板材。
2)对步骤1)中所获得的4mm厚板材于350℃保温2h，最后将其空冷至室温。按金属材料室温拉伸试验方法(GB228-2002)进行拉伸性能测试，数据列于表1。按金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法(GB/T6398-2000)进行疲劳裂纹扩展速率测试，曲线位于图1。
对比例2
1)对于合金中Mg含量为6.10wt％，Mn含量为0.51wt％，Zn含量为0.81wt％，Er含量为0.20wt％，Zr含量为0.18wt％，杂质元素总含量小于1wt％，其余含量为Al的铸锭，于470℃进行均匀化退火20h，并于410℃进行80％压下量的热轧至10mm。再将此热轧板经350℃保温2h，空冷后进行60％压下量的冷轧，得到4mm厚板材。
2)对步骤1)中所获得的4mm厚板材于230℃保温6h后，空冷至室温，进行25％压下量冷轧。按金属材料室温拉伸试验方法(GB228-2002)进行拉伸性能测试，数据列于表1。按金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法(GB/T6398-2000)进行疲劳裂纹扩展速率测试，曲线位于图1。
表1各状态试样拉伸性能
表1所示拉伸数据涵盖了Al-Mg-Mn-Zr-Er合金经过热处理后呈现的三种工艺状态。强度由高到低分别为：对比例2工艺>实施例工艺>对比例1工艺。再通过对图1的观察发现，Al-Mg-Mn-Zr-Er合金经过不同热处理后，其疲劳裂纹扩展速率由快到慢分别为：对比例2工艺>实施例工艺>对比例1工艺。所以，综合材料强度和抗疲劳损伤性能来看，实施例工艺合金有着中等强度的力学性能，以及不算快的疲劳裂纹扩展速率，其综合性能较为良好。这是由于如图1所示的实施例工艺合金内存在的细小圆球状Al3(Er,Zr)沉淀相能强烈地钉扎位错，阻碍位错的运动，减少位错在晶界上的堆积，降低晶界上的应力集中，从而提高了材料的抗疲劳损伤性能。
Claims (1)
1.一种Al-Mg-Mn-Zr-Er合金的热处理工艺，该铝合金中Mg含量为6.10wt%，Mn含量为0.51wt%，Zn含量为0.81wt%，Er含量为0.20wt%，Zr含量为0.18wt%，杂质元素总含量小于1wt%，其余含量为Al，其特征在于，包括以下步骤：
1）将合金铸锭于470℃保温20h进行均匀化退火，结束后出炉空冷，并进行热轧，热轧温度为410℃，压下量为80%，得到10mm厚的热轧板，再将此热轧板于350℃保温2h，空冷后进行60%压下量的冷轧，得到4mm厚板材；
2）对步骤1）所获得的板材于170℃退火保温2h，最后空冷至室温。
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