CN106929720A

CN106929720A - 一种高强度易再结晶变形铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN106929720A
Application number: CN201710299477.8A
Authority: CN
Inventors: 白晶; 张越; 曹瑞桦; 孟姣; 陶卫建; 王明华
Original assignee: Jiangsu Crystal New Mstar Technology Ltd
Current assignee: Changzhou Yi He Alloy Casting Co ltd
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2017-07-07
Anticipated expiration: 2037-05-02
Also published as: CN106929720B

Abstract

本发明公开了一种高强度易再结晶变形铝合金及其制备方法，本发明组分配比合理，其中微量Ag元素可以强化铝合金的力学性能，增加阳极氧化的光洁度。本发明还提供了该变形铝合金的制备方法，电渣熔铸后经两次室温冷挤压获得初始型材，然后进行多道次室温拉拔并退火，最后经过均匀化热处理和两级时效获得最终型材，采用电渣熔铸的方法得到的铝合金铸锭具备铸造性较好、焊接性较好、易加工等优点，对确保逐渐的尺寸精度、提高生产效率、降低生产成本起到了很大的作用，并且，上述工艺过程并不是几种简单工艺的叠加，是总结材料成分特征和各工艺特点后得到的最佳工艺流程，能够获得更均匀的组织，使合金具有优异的强度和韧性。

Description

一种高强度易再结晶变形铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金金属技术领域，具体地说，是一种高强度易再结晶变形铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金密度低，比强度和比刚度较高，成形性能好，是金属材料中用途广泛的轻金属之一，其使用量仅次于钢铁。传统铝合金结构件多采用铸造工艺生产，但是经常出现铸造缺陷等问题，大大降低了生产率。变形铝合金是熔铸成型后，再经热挤压、轧制等方法加工得到板材、线材和棒材等。同铸造铝合金相比，变形铝合金具有更高的强度、塑性、耐腐蚀性等特点，因而得到了更为广泛的应用。自上世纪60年代多，材料科技工作者在Al-Cu-Mg系合金基础上添加了少量的Ag元素，开发出了耐热型高强铝合金，该合金改变了Al-Cu-Mg系合金的析出序列，从而显著改善了合金性能，添加Ag后的铝合金具有更高的强度，更高的使用温度及良好的疲劳性能和断裂抗力。Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系合金都是可以热处理强化，通过简单工艺获得高强的变形合金，由于合金的主要强化贡献于析出强化，Sc和Zr的添加会使合金中析出更多更细小的弥散第二相Al₃Sc或Al₃(Sc,Zr)来强化基体，同时Ag和Mg原子之间存在较强的相互作用，有大量的Mg-Ag共聚原子团形成，提供了Ω相有利的形核位置，在很大程度上提高了合金的室温和高温性能。但是这些弥散的第二相同时也对晶界和亚晶界具有很强的阻碍作用，有的元素的添加会对合金的回复再结晶过程造成严重的影响。因此，需要一种针对合金强度和再结晶难度同时兼顾的制备方法，很好的解决铝合金在强度和再结晶温度中两者不可同时获得的问题，实现强度高、韧性好且以再结晶的铝合金的制备。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高强度易再结晶变形铝合金及其制备方法。本发明采用多元微合金化手段，通过对对多种微合金化元素的优化选择，控制多种微合金元素之间的配比，形成强度高、变形量大且容易再结晶的组织，克服了以往铝合金在铸造中缺陷较多的问题，并且是材料的强度和韧性有了一定的兼顾。

现有的超高强度铝合金中一般添加微量元素Zr，在铝合金凝固时固溶在Al基体中，在后续的热处理中会形成Al3Zr弥散相，提高沿晶断裂抗力，但是Zr的添加会阻碍基体再结晶，所以本发明中将Zr的含量控制在0.1%以下。研究者发现，在添加微合金元素Zr的基础上，添加少量的Cr，会形成更小的弥散相钉扎晶界和亚晶界，提高强度，但是会抑制再结晶过程的进行，所以本发明中同时将严格控制Cr元素的添加量，以达到强度和再结晶温度的合理兼顾。过去的研究发现，Ag元素的添加会使合金在时效的初期，由于Ag原子核Mg原子之间存在较强的相互作用，有大量的Mg-Ag共聚原子团形成，为相的形核提供有利的位置，在很大成度上提高了合金的室温和高温性能。

基于以上研究和本发明的上述目的，本发明提供了一种高强变形铝合金，其中，铝合金包括下述组分按重量百分比组成：Mg 2-3%、Zn 4-8%、Zr 0-0.1%、Sc 0-0.2%、Cr 0-0.2%、Ag 0.001-0.1%，余量为Al。

其组分中的微合金化元素满足：Si<0.15%、Cu<0.15%、Mn<0.15%、Fe<0.15%、Ti<0.1%。

本发明提供一种高强变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）、按设计成分配比，进行电渣熔铸；

（2）、将电渣熔铸的圆锭经两次室温冷挤压后获得初始型材；

（3）、将初始型材经多道次室温拉拔后退火；

（4）、对退火后的型材依次进行均匀化热处理、时效热处理；

本发明一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，所述电渣熔铸具体步骤为，按质量分数配得Al、Mg、Zn、Zr、Sc、Cr和Ag混合后在SF6和CO2混合气体保护下置于760-780℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒，放入电渣炉内，按质量百分数将MgF2、MgCl2、KCl和AlP混合均匀，在400℃下烘烤6小时以上，加入自耗电极棒，渣料量为自耗电极棒重量的5%，电渣熔铸电流为550A，电压为60V。

本发明一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，两次室温冷挤压，每次挤压挤压比为30。

本发明一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，多道次拉拔累计变形量为30-60%。

本发明一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，退火温度为350-400℃。

本发明一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，均匀化热处理为两级保温后淬火处理，具体工艺为：先在460℃保温16小时，然后升温至470-480℃保温8小时后淬火。

本发明一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，时效热处理采用两级时效，第一级时效温度为100-110℃保温6小时，第二级时效温度为155-180℃保温6小时。

本发明的有益效果：本发明组分分配合理，通过严格控制微合金化的元素之间的匹配，采用了电渣熔铸的工艺，结合室温冷挤压、室温拉拔和材料热处理的特点，将几种普遍的工艺叠加后得到特别的效果，这并不是简单的叠加，是科学的有依据的，相比已有的同类高强度铝合金具有较好的铸造性能和加工性能，并且具有更高的强度和韧性，更易再结晶，经过二次挤压变形和热处理后，合金组织更加均匀，的强度和塑性都有所提高，克服了现有镁合金强度和再结晶温度不能兼顾的问题。本发明操作简单，适合工业化生产。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：本发明涉及一种高强度易再结晶变形铝合金的制备方法，结合微合金化与电渣熔铸铝合金技术、室温冷塑性大变形技术，制备出强度高、韧性好、易再结晶的高强铝合金。下面结合具体实例对本发明进行详细说明，以下实例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在本发明的前提下更改部分工艺参数等延伸行为，也属于本专利的保护范围内

本发明实施例提供16个合金试样，编号依次为1#至16#，对应成分变化实施例编号为1#-8#，其中1#-6#为实施例6个试样，6#-8#为对比例提供2个试样。对应工艺参数变化实施例编号为9#-16#，提供8个合金试样。

实施例1#至8#

本发明实施例、对比例中所涉及的铝合金成分及重量百分比为（具体成分见表1）：

Mg.2-3%、Zn.4-8%、Zr.0-0.1%、Sc.0-0.2%、Cr.0-0.2%、Ag.0.001-0.1%，余量为Al。其中成分满足：Si<0.15%、Cu<0.15%、Mn<0.15%、Fe<0.15%、Ti<0.1%。

本发明提供一种高强Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Cr-Ag变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）、按质量分数配得铝、镁、锌、锆、钪、铬和银混合后在SF₆和CO₂混合气体保护下置于760-780℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒，放入电渣炉内。将质量百分数为MgF₂、MgCl₂、KCl和AlP混合均匀，在400℃下烘烤6小时以上，加入自耗电极棒。渣料量为自耗电极棒重量的5%。电渣熔铸电流为550A，电压为60V，进行电渣熔铸。

（2）、将电渣熔铸的圆锭经两次室温冷挤压后获得初始型材，单次挤压比为30。

（3）、将初始型材经多道次室温拉拔后退火，室温拉拔累计变形量为50%，退火温度为350℃。

（4）对最终型材进行均匀化热处理，先在460℃保温16小时，然后升温至470℃保温8小时后淬火。再进行时效热处理，先在时效温度为110℃保温6小时，然后在时效温度为160℃保温6小时。

合金的组成成分如表1所示，用上述步骤制备出φ10mm的棒材，进行力学性能测试。

表1 Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Cr-Ag合金成分（质量百分数，wt.%）

表2 1#-8#合金挤压棒材性能测试结果

表2中：UTS是指极限抗拉强度，YTS是指屈服强度，EL是指延伸率，HB是指布氏硬度值，T是指再结晶温度。

实施例9#至16#

本发明实施例中所涉及的铝合金成分及重量百分比为Mg.3%、Zn.8%、Zr.0.1%、Sc.0.2%、Cr.0.2%、Ag.0.1%，余量为Al。其中成分满足：Si<0.15%、Cu<0.15%、Mn<0.15%、Fe<0.15%、Ti<0.1%。

（3）、将初始型材经多道次室温拉拔后退火，室温拉拔累计变形量为50%，退火温度为350℃或400℃。

（4）、对最终型材进行均匀化热处理，先在460℃保温16小时，然后升温至470℃或者480℃保温8小时后淬火。再进行时效热处理，先在时效温度为100、105或110℃保温6小时，然后在时效温度为155、160、180℃保温6小时。

合金的实际参数如表3所示，用上述步骤制备出φ10mm的棒材，进行力学性能测试。

表3 Al-Mg-Zn-Zr-Sc-Cr-Ag合金实际工艺参数

表4 9#-16#合金挤压棒材性能测试结果

表2中：UTS是指极限抗拉强度，YTS是指屈服强度，EL是指延伸率，HB是指布氏硬度值。

细化晶粒是提高铝及铝合金综合性能的有效途径之一，经过两次大挤压比挤压后拉拔使铝合金铸锭在室温下实现了大塑性变形，在最终的型材中获得了超细晶粒，由表2和表4中可以看出晶粒大小在10-22μm，并且随着晶粒的减小，合金的综合性能越优异。4#合金由于基本没有Cr元素，不能形成多元共格弥散相抑制再结晶，使材料再结晶过程容易进行，350度下可进行较完全的退火，得到了比较好的性能。在表4中，随着时效温度的升高，析出的弥散第二相颗粒增多，增加了合金的强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种高强度易再结晶变形铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：

Mg 2-3%

Zn 4-8%

Zr 0-0.1%

Sc 0-0.2%

Cr 0-0.2%

Ag 0.001-0.1%

余量为Al。

2.根据权利要求1所述的高强度易再结晶变形铝合金，其特征在于，还包括以下重量百分比的添加料组成：Si<0.15%、Cu<0.15、Mn<0.15%、Fe<0.15%、Ti<0.1%。

3.一种如权利要求1或2所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按设计成分配比，进行电渣熔铸；

步骤二、将电渣熔铸的圆锭经两次室温冷挤压后获得初始型材；

步骤三、将初始型材经多道次室温拉拔后退火；

步骤四、对退火后的型材依次进行均匀化热处理、时效热处理。

4.根据权利要求3所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤一具体为按质量分数配得Al、Mg、Zn、Zr、Sc、Cr和Ag混合后在SF₆和CO₂混合气体保护下置于760-780℃坩埚炉中熔炼制成自耗电极棒，放入电渣炉内，按质量百分数将MgF₂、MgCl₂、KCl和AlP混合均匀，在400℃下烘烤6小时以上，加入自耗电极棒，渣料量为自耗电极棒重量的5%，电渣熔铸电流为550A，电压为60V。

5.根据权利要求4所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤二中两次室温冷挤压，每次挤压挤压比为30。

6.根据权利要求5所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤三中多道次拉拔累计变形量为30-60%。

7.根据权利要求6所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤三中退火温度为350-400℃。

8.根据权利要求7所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤四中均匀化热处理为两级保温后淬火处理，具体工艺为：先在460℃保温16小时，然后升温至470-480℃保温8小时后淬火。

9.根据权利要求8所述的高强度易再结晶变形铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤四中时效热处理采用两级时效，第一级时效温度为100-110℃保温6小时，第二级时效温度为155-180℃保温6小时。