CN105369084A - 一种微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火及挤压变形工艺 - Google Patents

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Abstract

一种微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火及挤压变形工艺，属于有色金属合金技术领域。高镁铝合金成分为Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％；在该合金中添加0.1-0.3％的Er元素，余量为Al及不可避免的杂质。本发明提供的均匀化退火及挤压工艺如下：单级均匀化，温度为450±10℃保温24h，开炉门随炉冷；双级均匀化，第一级为280±10℃保温10h，第二级为450±10℃保温24h，开炉门随炉冷；热挤压温度为460-480℃，挤压比为70-80，挤压速度为0.4mm/min。所得合金具有较高强度的同时也具有良好的耐蚀性能。

Description

一种微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火及挤压变形工艺
技术领域
本发明涉及一种微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火和挤压变形工艺，属于有色金属合金技术领域。
技术背景
高镁的Al-Mg系铝合金具有较低的密度、良好的耐蚀性、压力加工性与焊接性能，广泛应用在航海、航空、船舶等领域。但随着钛合金、复合材料的快速发展，铝合金正面临前所未有的挑战，全面提升铝合金综合性能的重点越来越聚焦在微合金化上。在Al-Mg系合金中添加微量稀土元素能有效改善合金的微观组织结构，改善并提升铝合金的强韧性、抗腐蚀和疲劳等综合性能。在所有微合金化元素中，现有研究表明，Er的添加不仅使得材料性能得到明显的改善，还能够使合金材料成本降低，这使得发展新型工业规模含Er高性能铝合金成为可能。目前，含Er铝合金已经成为通过微合金化方法来提高铝合金综合性能的一个重要方向。纵观微量元素在Al-Mg合金中的强化机制，细化晶粒从而产生细晶强化，弥散析出的第二相粒子产生析出强化，阻碍再结晶钉扎位错和亚结构而产生亚结构强化，从而大幅度改善合金性能。
高镁铝合金化程度较高，在凝固过程中由于快速冷却以及非平衡结晶的作用，常会形成严重的枝晶偏析，并在铸锭内部形成很大的内应力，晶内和晶界成分不均匀性也比较显著，这对后续的热加工过程会造成不利的影响，所以在热加工以前铸锭必须要经过适宜的均匀化处理。较高的温度，较大的挤压比能使合金的粗大组织破碎细化成为较为均匀的变形组织，从而能够提高合金的强度。而较高的温度也能够保证合金能够顺利挤出而不产生开裂。但温度较高也会导致变形组织细化程度不够而使得合金的强度得不到提高。温度越低，在相同挤压比的情况下，对挤压力的要求就更高，因此，选择合适的挤压温度非常重要，既能使得合金在挤压后保证较高的强度和腐蚀性能而又不至于在挤压时发生开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种添加微量Er元素的高镁Al-Mg合金及适用于提高该铝合金强度和耐蚀性能的均匀化退火及挤压变形工艺。通过适宜的均匀化及挤压工艺，获得高强耐蚀的高镁含Er铝合金材料。
本发明提出的微量添加Er的高镁铝合金质量组分为：Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％，Er，0.1-0.3％，余量为Al及不可避免的杂质。所提供的均匀化工艺通过调整均匀化处理的温度和时间，调整合金弥散粒子的析出，控制晶界上非平衡相的数量，使合金组织有利于后续的热挤压过程。所提供的热挤压工艺能够保证合金在热挤压过程中能够顺利挤出，并保证合金具有较高的强度的同时也具有良好的抗失重和耐剥落腐蚀性能。
本发明所提出的适用于一种微量添加Er的Al-Mg合金的单级及双级均匀化退火及挤压工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)对于该微量添加Er的高镁铝合金水冷的铸锭进行均匀化退火处理，单级均匀化退火处理：450±10℃保温24h，开门炉冷；或双级均匀化退火处理：第一级为280±10℃保温10h，第二级为450±10℃保温24h，开门炉冷。
2)对均匀化后的铸锭进行感应加热，头部温度为470℃，尾部温度为460℃，到温后进行挤压，挤压温度460-480℃，挤压比为70-80，挤压速率0.4mm/min。
本发明采用单级或双级均匀化退火工艺，合理的均匀化制度有利于Al3(Er,Zr)粒子的弥散析出，能够基本消除铸态合金晶界上的非平衡相，尤其是对于本发明第二相变化比较复杂的高合金化合金更为重要。铝合金凝固时存在枝晶偏析，必须通过均匀化退火降低或消除晶内化学成分和组织的不均匀性，同时消除凝固时产生的内应力，提高合金热变形和冷变形的能力，改善其力学性能。
对于本发明提出的热挤压工艺，其挤压温度为460-480℃，挤压速度为0.4mm/min，较高的温度及较低的挤压速度能够保证合金能够顺利挤出，使合金在具有较高强度的同时也具有良好的耐蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
表1为不添加Er元素及微量添加Er元素的铝镁合金均匀化退火再挤压的拉伸数据；
表2为不添加的Er元素的合金单级均匀化退火再挤压及添加Er元素的铝镁合金经过双级均匀化再热挤压后，失重测试数据；
表3为添加的Er元素的合金单级均匀化退火再挤压及添加Er元素的铝镁合金经过双级均匀化再热挤压后，剥落腐蚀评价结果。
实施例1
对于一种质量百分含量为：Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％；在该合金中添加0.2％的Er元素，余量为Al及不可避免的杂质的水冷铸锭进行单级均匀化退火，温度为450℃保温24h，之后合金用感应线圈加热，头部温度为470℃，尾部温度为460℃，到温后进行挤压，挤压温度为470℃，挤压速度为0.4mm/min，挤压比为76，挤压完成后风冷。对变形后的材料进行拉伸测试，数据列于表1。
实施例2
对于一种质量百分含量为：Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％；在该合金中添加0.2％的Er元素，余量为Al及不可避免的杂质的水冷铸锭进行双级均匀化退火，第一级为280℃保温10h，第二级为450℃保温24h，开门炉冷，之后合金用感应线圈加热，头部加热温度为470℃，尾部加热温度为460℃，到温后进行挤压，挤压温度为475℃，挤压速度为0.4mm/min，挤压比为76，风冷。对变形后的材料进行拉伸测试，数据列于表1。对变形后的材料在100℃敏化7d，对敏化及未敏化的材料进行失重测试，数据显示于表2。对敏化及未敏化的材料在100℃敏化7d后进行剥落腐蚀评价，结果列于表3。
对比例1
对于一种质量百分含量为：Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％；余量为Al及不可避免的杂质的高镁不含Er铝镁合金进行单级均匀化退火，均匀化温度为450℃保温24h，开门炉冷，之后合金用感应线圈加热，加热温度为430℃，到温后进行挤压，挤压温度为470℃，挤压速度为0.4mm/min，挤压比为76，风冷。对变形后的材料进行拉伸测试，数据列于表1。对变形后的未敏化和在100℃敏化7d的材料进行失重测试，数据显示于表2。对变形后的未敏化和在100℃敏化7d的材料进行剥落腐蚀评价，结果列于表3。
对比例2
对于一种质量Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％；在该合金中添加0.2％的Er元素，余量为Al及不可避免的杂质的水冷铸锭进行双级均匀化退火，第一级为280℃保温10h，第二级为450℃保温24h，开门炉冷，之后合金用感应线圈加热，加热温度为450℃，到温后进行挤压，挤压温度为450℃，挤压速度为0.6mm/min，挤压比为76，风冷。
将实施例1的结果与对比例1的结果进行比较，结果显示，二者均为单级均匀化退火，保温温度和时间相同，而实施例1添加了0.2％的Er元素，该合金的屈服强度和抗拉强度明显高于对比例1的合金。结果说明微量添加Er元素对高镁铝镁合金的强度和耐蚀性能有利。
将实施例2的结果与对比例1的结果进行比较，结果显示，实施例2采用双级均匀化退火的合金抗拉强度和屈服强度在单级均匀化退火得到提高的基础上又得到了明显提高。结果说明双级均匀化退火的工艺优于单级均匀化退火工艺。实施例2的合金初始未敏化及敏化之后的平均表面失重均小于对比例1得到的合金，实施例2的抗失重结果优于对比例1的结果。实施例2的合金未敏化及100℃敏化7天之后剥落腐蚀评级分别为PA及EA，对比例1中的合金未敏化及100℃敏化7天之后剥落腐蚀评级为PB及EA，在未敏化时含Er合金比未含Er合金的腐蚀性能更好。
将实施例2与对比例2进行比较，对比例2的合金挤压温度为450℃，挤压速度为0.6mm/min，挤压比为76，合金挤出5m之后无法继续挤出。结果表明478-480℃的挤压温度既能保证合金顺利挤出，又可以保证其具有较高的强度。
根据上述结果的描述，微量添加了Er元素的合金在单级及双级均匀化退火之后再进行挤压得到的材料的强度和耐蚀性均得到了明显的提高。并且，对变形后的材料进行180°弯曲性能测试，结果达标。
表1高镁铝合金的室温拉伸性能
表2高镁铝合金的失重性能
表3高镁铝合金的剥落腐蚀性能

Claims (3)

1.一种微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火工艺，其特征在于，微量添加Er的高镁铝合金质量组分为：Mg，5.5％-6.5％；Mn，0.7％-1.1％；Zr，0.02％-0.12％；Si<0.4％；Fe<0.4％，Er，0.1-0.3％，余量为Al及不可避免的杂质；微量添加Er的高镁铝合金水冷的铸锭进行均匀化退火处理，单级均匀化退火处理：450±10℃保温24h，开门炉冷；或双级均匀化退火处理：第一级为280±10℃保温10h，第二级为450±10℃保温24h，开门炉冷。
2.权利要求1的微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火工艺后进行挤压变形工艺，其特征在于，对均匀化后的铸锭进行感应加热，头部温度为470℃，尾部温度为460℃，到温后进行挤压，挤压温度460-480℃，挤压比为70-80，挤压速率0.4mm/min。
3.一种微量添加Er的高镁铝合金均匀化退火工艺及挤压变形工艺，其特征在于，
1)对于该微量添加Er的高镁铝合金水冷的铸锭进行均匀化退火处理，单级均匀化退火处理：450±10℃保温24h，开门炉冷；或双级均匀化退火处理：第一级为280±10℃保温10h，第二级为450±10℃保温24h，开门炉冷；
2)对均匀化后的铸锭进行感应加热，头部温度为470℃，尾部温度为460℃，到温后进行挤压，挤压温度460-480℃，挤压比为70-80，挤压速率0.4mm/min。
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