CN105734358A - 高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金的制作方法，其特征在于其成分的质量百分含量为：首先，采用半连续铸造方式制备合金铸锭，在制造过程中控制成分含量 Mg0.6~1.5wt.%，Si0.8~1.6wt.%， Cu0.2~0.8wt.%，Mn0.2~1.0wt.%，Cr 0.1~0.4wt.%，Ti 0.01~0.1wt.%，Zn 0.01~0.02wt.%，Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤ 0.15wt.%，余量为 Al；然后均匀化，铸锭在循环风炉中随炉升温至540~580oC，保温 6~8h，空冷；再进行热加工热变形，经过均匀化处理后的铸锭，在热加工装备上热加工，保证合金热加工的终了温度不低于300℃，应变量不低于 0.4；最后热处理，在530~560oC保温 1~2h，淬火，然后在 180~210oC 时效处理5.5~8h。

Description

高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金的制备方法

技术领域

本发明属于有色金属领域，特别是涉及一种高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金。

背景技术

世界交通运输车辆总的发展趋势是轻量化，以达到节能降耗和减小污染的目的。多年来，铝材以众多独特的性能、良好的加工成形性和较低的生产成本，逐渐替代汽车中的钢材，成为促进汽车轻量化的重要材料之一。

汽车上采用的传统锻造铝合金是6061合金，由于其Mg和Si含量较低，热处理后材料的屈服强度仅为280MPa左右。随着汽车轻量化的发展需要，对材料的力学性能提出了更加严格的要求，同时要求材料更易于加工，生产成本更低。研究表明，在6×××系合金中，通过增加Mg和Si的含量来提高Mg2Si强化相的数量可以进一步提高合金的强度，但增加到一定程度后，不仅不能获得期望的强度值，还会严重降低材料的塑性及韧性。此外，6×××系铝合金在锻造和固溶过程中易发生再结晶，产生粗大晶粒，导致力学性能急剧降低。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是本发明合金的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能均明显优于常规工艺制得的合金。

为实现上述目的，本发明提供了一种高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金的制作方法，其特征在于其成分的质量百分含量为：首先，采用半连续铸造方式制备合金铸锭，在制造过程中控制成分含量Mg0.6~1.5wt.%，Si0.8~1.6wt.%，Cu0.2~0.8wt.%，Mn0.2~1.0wt.%，Cr0.1~0.4wt.%，Ti0.01~0.1wt.%，Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤0.15wt.%，余量为Al；然后均匀化，铸锭在循环风炉中随炉升温至540~580oC，保温6~8h，空冷；再进行热加工热变形，经过均匀化处理后的铸锭，在热加工装备上热加工，保证合金热加工的终了温度不低于300℃，应变量不低于0.4；最后热处理，在530~560oC保温1~2h，淬火，然后在180~210oC时效处理5.5~8h。

本发明的有益效果是：本发明通过优化合金的成分及加工工艺，减小亚晶（晶粒）尺寸、提高亚晶百分数，强化相细小弥散，显著提高合金的性能；本发明合金的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能均明显优于常规工艺制得的合金。

具体实施方式

本发明公开的技术方案是一种高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金,成分的质量百分含量为：Mg0.6~1.5wt.%，Si0.8~1.6wt.%，Cu0.2~0.8wt.%，Mn0.2~1.0wt.%，Cr0.1~0.4wt.%，Ti0.01~0.1wt.%，Zn0.01~0.02wt.%,Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤0.15wt.%，余量为Al。

本发明高强高韧Al-Mg-Si-Cu变形铝合金的制备方法，首先，采用半连续铸造方式制备合金铸锭，在制造过程中控制成分含量Mg0.6~1.5wt.%，Si0.8~1.6wt.%，Cu0.2~0.8wt.%，Mn0.2~1.0wt.%，Cr0.1~0.4wt.%，Ti0.01~0.1wt.%，Zn0.01~0.02wt.%Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤0.15wt.%，余量为Al；然后均匀化，铸锭在循环风炉中随炉升温至540~580oC，保温6~8h，空冷；再进行热加工热变形，经过均匀化处理后的铸锭，在热加工装备上热加工，保证合金热加工的终了温度不低于300℃，应变量不低于0.4；最后热处理，在530~560oC保温1~2h，淬火，然后在180~210oC时效处理8h。通过该方法制备的合金，亚晶（晶粒）尺寸≤30μm、亚晶百分数≥65%、强化相细小弥散，因此强度高、韧性、疲劳以及耐蚀性好。

本发明的铝合金在较低变形温度的热加工情况下，原始铸造晶粒被拉长，内部有较多呈近似等轴状的亚晶，亚晶之间的取向差较小；在较高变形温度的锻造情况下，亚晶之间的取向差较大，有些甚至超过15°，成为大角晶界。全部由大角晶界组成的亚晶，即热变形过程中形成的新的动态再结晶晶粒。除此之外，较高变形温度的合金的亚晶尺寸也相应较大。根据上述描述，合金的微观组织用两个参数来定量表述，分别为亚晶（晶粒）尺寸及亚晶百分数。亚晶界以15°和2°为临界值，大于15°为大角度晶界、介于15°和2°之间的为小角度亚晶界、2°以下的认为不存在亚晶界。亚晶（晶粒）尺寸以2°以上的晶界（包含小角度亚晶界及大角度晶界）进行统计。亚晶百分数的定义则是2°~15°之间亚晶界占整个晶界的百分数。合金加工组织特征通过这上述两个参数可以表述为，变形温度的越高，亚晶百分数越小、亚晶（晶粒）尺寸越大。

本发明的合金在热加工之后进行固溶时效热处理。在固溶热处理时，合金组织会发生变化，固溶处理后亚晶（晶粒）尺寸均会发生长大，但长大趋势与合金的变形温度有关，锻造温度越高，长大趋势越小。当变形温度过低时，合金会因变形储能太多而发生静态再结晶形成粗晶，导致力学性能急剧下降。

因此，本发明制备的变形铝合金，变形温度适当，避免了变形温度太低而在固溶过程形成的粗晶，也避免了锻造温度太高而导致较低的亚晶百分数。除在加工工艺控制组织、改善性能外，还在成分上保证了合金的高强高韧。

在本发明范围内的合金，随着Mg、Si元素的降低，合金的力学性能有一定的降低，进一步增加Mg、Si的含量对塑性不利。Cu元素对合金的强度起着比较重要的作用，Cu元素含量越高，合金强度越高，但合金电导率相对较低，意味着耐蚀性变差。Mn元素对合金的变形组织有比较重要的影响，从而影响合金的强度，但当Mn含量过大后，会导致合金的疲劳性能变差。合金⑨为6082，相对于合金①而言，主要不含Cu和Cr元素，合金⑩为6061，相对于本发明涉及到的合金而言，主要不含对加工组织有影响的Mn元素。从性能结果看来，本发明合金的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能均优于这两种常规合金。

综上所述，通过本发明工艺所制备的铝合金，力学性能高，疲劳性能优异，远高于常规工艺制得的合金。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高强度Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金的制作方法，其特征在于其成分的质量百分含量为：首先，采用半连续铸造方式制备合金铸锭，在制造过程中控制成分含量Mg0.6~1.5wt.%，Si0.8~1.6wt.%，Cu0.2~0.8wt.%，Mn0.2~1.0wt.%，Cr0.1~0.4wt.%，Ti0.01~0.1wt.%，Zn0.01~0.02wt.%,Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤0.15wt.%，余量为Al；然后均匀化，铸锭在循环风炉中随炉升温至540~580oC，保温6~8h，空冷；再进行热加工热变形，经过均匀化处理后的铸锭，在热加工装备上热加工，保证合金热加工的终了温度不低于300℃，应变量不低于0.4；最后热处理，在530~560oC保温1~2h，淬火，然后在180~210oC时效处理5.5~8h。