CN107177760A - 一种Al‑Mg‑Mn‑Er‑Zr 铝合金冷轧板材及其稳定化工艺 - Google Patents

一种Al‑Mg‑Mn‑Er‑Zr 铝合金冷轧板材及其稳定化工艺 Download PDF

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刘培亮
吴晓蓝
高坤元
黄晖
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王为
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Abstract

一种Al‑Mg‑Mn‑Er‑Zr铝合金冷轧板材及其稳定化工艺，属于有色金属合金材料技术领域。将高镁Al‑Mg‑Mn‑Er‑Zr铝合金铸锭先热轧减薄，再在350℃进行2h中间退火，退火冷却后后进行多道次冷精轧，最终冷变形量为50‑70％，对所得高镁Al‑Mg‑Mn‑Er‑Zr铝合金冷轧板进行稳定化退火，退火温度为260‑280℃，退火时间为2‑4h。本发明提供的稳定化工艺，降低了合金中位错的密度，使合金具有优良的综合力学性能和良好的耐腐蚀性能。

Description

一种Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板材及其稳定化工艺
技术领域
本发明涉及一种Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板材的稳定化工艺，属于有色金属合金材料技术领域。
背景技术
在铝合金系列中Al-Mg系合金是热处理不可强化合金，应用较广，具有中等强度，耐蚀性、加工性能和焊接性能好等特点，广泛应用在航空、航天和航海领域，一般在退火、冷作硬化加稳定化处理状态下使用。5xxx铝合金的主要合金成分是Mg，Mg在铝基体中有着非常强大的固溶强化作用。铝基体中镁钉扎位错导致位错的滑移和攀移激活能提高，随着Mg含量提高，合金强度提高、塑性下降。过饱和的Mg在铝基体中偏聚形成电化学性质活波的Al3Mg2相，通常分布在晶界和位错处，增加了合金的腐蚀敏感性，虽然合金中Mg的溶解度随温度降低而迅速减少，但由于析出相形核困难，核心少，析出颗粒大，因而合金的时效强化效果差。Al-Mg合金一般在退火、冷作硬化加稳定化处理状态下使用。在该系合金中通常加入Mn来提高强度，通过Al6Mn化合物弥散质点，阻止再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，Mn的另一作用是能溶解杂质Fe，形成Al6(Fe,Mn)相，减少Fe的有害影响。Er和Zr复合添加到Al-Mg合金中，由于Er和Zr能相互降低活度、增加固溶度，因此，有利于Er在铝合金中的微合金化；同时，Er和Zr相互之间能够发生复合微合金化作用，形成Al3(Er,Zr)相，通过钉扎位错和晶界大幅度提高合金的力学性能，有效抑制再结晶，提高再结晶温度，并能增强合金耐蚀性、超塑性及可焊性。
对镁含量较高的铝合金冷轧板，若不经过稳定化处理，在室温长期放置，由于基体中过饱和的Mg析出，发生自然时效软化，不仅造成合金强度降低，而且由于Mg原子在晶界处的偏聚形成连续分布乃至网状的β(Al3Mg2)相，造成合金耐晶间腐蚀性能急剧下降，在高温时性能下降更为显著。因此Al-Mg合金经过微合金化，再通过适当的冷变形和稳定化处理，可以制得一种强度较高且稳定，具有较好耐腐蚀性能的含Er高镁铝合金板材。但是对于含Er高镁铝合金板材的稳定化退火工艺报道极少。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板材的稳定化退火工艺。通过稳定化处理使铝合金板材在具有较高强度的同时也具有较好的耐腐蚀性能。
本发明所提供的含Er铝合金板材稳定化退火工艺，包括以下步骤:
1)Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金热轧板，在460℃进行2h退火，然后将铝板热轧，给最终成品板预留下50-70％的冷变形量，再在350℃进行2h中间退火，退火后进行多道次冷精轧，完成最终冷变形量为50-70％。
2)对步骤1)所得Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板进行稳定化退火，退火温度为260-270℃，退火时间为2-4h。
步骤1)的冷精轧工艺优选每道次压下量控制在10-25％，最终冷变形量为50-70％。
所述Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金中的元素百分含量：Mg 5.5-6.0％，Mn 0.7～0.9％，Er 0～0.1％，Zr 0.02～0.07％，杂质含量不超过0.5％，余量为Al。
优选稳定化退火温度为260℃保温4h。抗拉强度高于344MPa,屈服强度高于180Mpa，耐长期晶间腐蚀且剥落腐蚀为N级。
本发明的有益效果：
Er和Zr复合添加到Al-Mg合金中,析出的Al3(Er,Zr)粒子，能够钉扎位错和晶界，细化晶粒，提高了合金形变强化的效果。经本发明处理后的铝合金板材，具有稳定且较高的强度，良好的耐腐蚀性能，从而保证合金具有较好的力学性能的同时也具有良好的抗晶间腐蚀和剥落腐蚀性能。
附图说明
图1:实施例1的Al-5.5Mg-0.63Mn-0.11Er-0.02Zr铝合金冷轧板显微硬度随退回时间的变化曲线。
图2：实施例2的Al-6.0Mg-0.84Mn-0.06Zr铝合金冷轧板显微硬度随退回时间的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步阐述，但本发明不限于以下实施例。
实施例1：
1)对质量百分比为；Mg5.50％，Mn0.63％，Er0.11％，Zr0.02％，不可避免杂质含量＜0.5％，余量为Al的20mm厚含Er铝镁合金热轧板，在460℃进行2h退火，然后将铝板热轧进行热轧，给成品板预留下50％-70％的冷变形量，将铝板热轧到8mm。
2)对步骤1)所得合金板材进行350℃/2h中间退火。将中间退火后的铝板进行多道次冷精轧，每道次压下量控制在10％-25％，冷变形量50％-70％。
3)步骤2)所得冷轧板在260℃进行不同时间的退火处理，测得冷轧板的显微硬度随退火时间的显微硬度变化，如图1所示。
4)同步骤3)中不同的是最后在270℃进行不同时间的退火处理。
5)同步骤3)中不同的是最后在280℃进行不同时间的退火处理。
实施例2：
1)对质量百分比为；Mg6.0％，Mn0.84％，Zr0.06％，不可避免杂质含量＜0.5％，余量为Al的20mm厚含Er铝镁合金热轧板，在460℃进行2h退火，然后将铝板热轧进行热轧，给成品板预留下50％-70％的冷变形量，将铝板热轧到8mm。
2)对步骤1)所得合金板材进行350℃/2h中间退火。将中间退火后的铝板进行多道次冷精轧，每道次压下量控制在10％-25％，冷变形量50％-70％。
3)步骤2)所得冷轧板在260℃进行不同时间的退火处理，测得冷轧板的显微硬度随退火时间的显微硬度变化，如图2所示。
4)同步骤3)中不同的是最后在270℃进行不同时间的退火处理。
5)同步骤3)中不同的是最后在280℃进行不同时间的退火处理。
由图1和图2可知合金在260℃退火时具有最优的力学性能，合金在270℃和280℃退火时硬度下降明显，综合对比退火温度，为了获得最佳的力学性能可知合金的退火温度优选260℃。
实施例3：
1)对实施例1步骤2)所得冷轧板在260℃分别进行1h/4h/8h的退火处理。空冷至室温，然后对所得板材进行拉伸性能测试，结果如表1所示。
2)同实施例3步骤1)不同的是在270℃进行4h的退火处理。
实施例4：
1)对实施例2步骤2)所得冷轧板在260℃分别进行1h/4h/8h的退火处理。空冷至室温，然后对所得板材进行拉伸性能测试，结果如表1所示。
2)同实施例4步骤1)不同的是在270℃进行4h的退火处理。
由表1可得在260℃进行稳定化退火处理，随着退火时间的延长合金的屈服和抗拉强度逐渐降低，延伸率逐渐升高，且由图2可知1h退火后的合金性能不稳定，4h后合金趋于稳定。8h退火后的合金屈服和抗拉强度不如4h退火后的合金，故优选4h退火工艺。260℃/4h退火后的合金强度高于270℃/4h退火后的合金，延伸率略低，故综合考虑力学性能优选260℃/4h退火工艺。
表1各状态试样的拉伸力学性能
实施例5：
1)对质量百分比为；Mg5.50％，Mn0.63％，Er0.11％，Zr0.02％，不可避免杂质含量＜0.5％，余量为Al的20mm厚含Er铝镁合金热轧板，在460℃进行2h退火，然后将铝板热轧进行热轧，给成品板预留下50％-70％的冷变形量，将铝板热轧到8mm。
2)对步骤1)所得合金板材进行350℃/2h中间退火，将中间退火后的铝板进行多道次冷精轧，每道次压下量控制在10％-25％，冷变形量50％-70％。
3)对步骤2)所得冷轧板在在260℃进行1h的稳定化退火，然后在100℃保温7天，按铝合金晶间腐蚀标准(ASTMG67)对铝合金板进行腐蚀，以腐蚀前后合金单位面积失重来判断晶间腐蚀的敏感性。同时按铝合金剥落腐蚀标准(ASTMG66)对铝合金板进行腐蚀，以腐蚀前后合金表面剥落程度来判断剥落腐蚀的敏感性，腐蚀结果见表2。
4)同实施例5步骤3)中不同的是在260℃进行4h的稳定化退火。
5)同实施例5步骤3)中不同的是在260℃进行8h的稳定化退火。
5)同实施例5步骤3)中不同的是在270℃进行4h的稳定化退火。
实施例6
1)对质量百分比为；Mg6.0％，Mn0.84％，Zr0.06％，不可避免杂质含量＜0.5％，余量为Al的20mm厚含Er铝镁合金热轧板，在460℃进行2h退火，然后将铝板热轧进行热轧，给成品板预留下50％-70％的冷变形量，将铝板热轧到8mm。
2)对步骤1)所得合金板材进行350℃/2h中间退火，将中间退火后的铝板进行多道次冷精轧，每道次压下量控制在10％-25％，冷变形量50％-70％。
3)对步骤2)所得冷轧板在在260℃进行1h的稳定化退火，然后在100℃保温7天，按铝合金晶间腐蚀标准(ASTMG67)对铝合金板进行腐蚀，以腐蚀前后合金单位面积失重来判断晶间腐蚀的敏感性。同时按铝合金剥落腐蚀标准(ASTMG66)对铝合金板进行腐蚀，以腐蚀前后合金表面剥落程度来判断剥落腐蚀的敏感性，腐蚀结果见表2。
4)同实施例6步骤3)中不同的是在260℃进行4h的稳定化退火。
5)同实施例6步骤3)中不同的是在260℃进行8h的稳定化退火。
5)同实施例6步骤3)中不同的是在270℃进行4h的稳定化退火。
表2各状态试样的腐蚀性能
由表2可知合金在260℃进行稳定化具有较好的抗腐蚀性能，260℃/1h、260℃/4h、270℃/4h和260℃/8h稳定化处理后合金的晶间腐蚀失重值均小于15mg/cm2，敏化处理后实施例5只有260℃/1h退火处理的合金失重值高于15mg/cm2。敏化处理后实施例6经260℃/1h和270℃/4h退火后的合金失重值均高于15mg/cm2，耐晶间腐蚀性能较差，在260℃/4h退火处理后的合金具有良好的耐晶间腐蚀性能。且合金剥落腐蚀级别都是N级，即合金表面未发生剥落，点蚀的痕迹也无，具有最优的抗剥落腐蚀性能。
综合以上分析，获得较高且稳定的强度，良好的晶间腐蚀和剥落腐蚀抗性的Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板材，对于50％-70％冷轧变形量的Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金，260℃/4h是最佳的稳定化工艺。

Claims (4)

1.一种高镁Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板材的稳定化工艺，该高镁Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金成分元素的质量百分比为Mg 5.5-6.0％，Mn 0.7～0.9％，Er 0～0.1％，Zr 0.02～0.07％，杂质含量不超过0.5％，余量为Al；其特征在于,包括以下步骤:
1)高镁Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金热轧板，在460℃进行2h退火，然后将板热轧，给最终成品板预留下50-70％的冷变形量，再在350℃进行2h中间退火，退火后进行多道次冷精轧，最终冷变形量为50-70％；
2)对步骤1)所得高镁Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板进行稳定化退火，退火温度为260-270℃，退火时间为2-4h。
2.按照权利要求1所述的稳定化工艺，其特征在于，最终稳定化退火温度为260℃保温4h。
3.按照权利要求1所述的稳定化工艺，其特征在于，步骤1)的冷精轧工艺优选每道次压下量控制在10-25％。
4.按照权利要求1-3任一项所述的工艺制备得到的高镁Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金冷轧板材。
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