CN107502841A - 一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法 - Google Patents

一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征在于它由前处理和后处理组成，所述的前处理为等通道转角挤压,所述的后处理为后续强化热处理。其中前处理为将锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金加热至400±5℃，保温2±0.5h后，再放入模具中进行ECAP挤压处理。后续强化热处理包括：520±5℃´2±0.5h固溶、191±5℃´4±0.5 h时效处理。使用本发明前处理方法处理的合金，再经过后续的固溶‑时效处理。本发明方法简单，操作方便，经本发明处理后的合金耐腐蚀性得到显著提高，同时合金的其他各项性能也得以保持或提高。

Description

一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐 蚀性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高铝合金材料耐腐蚀性能的方法，尤其是一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅新型6000系铝合金耐腐蚀性的方法，具体地说是综合利用ECAP、固溶、时效技术来提高新型铝合金耐腐蚀性的方法。
背景技术
近年来，世界各大铝厂为了具备高端铝合金市场的竞争力，分别推出了适用于相同部位，具备类似性能但不同牌号的铝合金。6000系的铝合金是综合性能好的铝合金，强度中等并且具有类似的抗腐蚀性和焊接性。6000系铝合金的良好的综合性能使其在航空航天、武器装备、轨道交通领域等许多领域都有良好的应用前景。
等通道转角挤压简称ECAP，相比较传统的塑性加工方法，具有极大的优势：1、ECAP不但能够有效细化晶粒，而且可以细化第二相颗粒，并且能够使第二相颗粒均匀分布在基体中，从而可以有效提高材料的各方面性能。 2、挤压过程几乎无变形，因而可以重复挤压获得组织均匀的亚微晶组织或纳米尺寸的超细晶材料。3、ECAP挤压通过模具拐角处产生的是纯剪切变形，这比传统塑性加工所获得的变形量更大。
合金化及微合金化是提高铝合金组织与性能的有效手段。锆（Zr）元素是目前铝合金中常用的也是很有效的微合金化元素。向铝合金中加入微量锆（Zr），能起到阻碍再结晶和晶粒长大，提高合金强度、硬度和焊接性等作用。锶（Sr）元素是铝合金中的一种很有效的长效变质剂，可以有效细化合金中的化合物相。因此，Zr和Sr的复合微合金化可以在不降低合金铸造性能、强度同时，提高合金的塑性和韧性。
现阶段，6000系铝合金进行热处理时需要的固溶温度一般在560℃左右，固溶温度较高，在热处理过程中变形量较大，并且其较低的镁、硅元素含量势必造成合金的耐热性较差。迄今为止，我国对锆和锶复合微合金化高镁高硅6000系铝合金研究较少，锆和锶复合微合金化高镁高硅6000系铝合金塑性变形和强化处理工艺一直受制于西方国家，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。因此结合提高锆和锶复合微合金化高镁高硅6000系合金的几种后续加工主要方法来改善该合金的耐腐蚀性，对其发展具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是针对锆和锶复合微合金化高镁高硅6000系合金的耐腐蚀性较差的问题，发明一种提高其耐腐蚀性的加工方法。
本发明的技术方案是：
一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征在于它由前处理和后处理组成，所述的前处理为等通道转角挤压,所述的后处理为后续强化热处理。
所述的等通道转角挤压是将经过浇铸沉淀、均质化退火、锻压加工后切割取样，加热至400±5℃，保温2±0.5h后放入模具中进行等通道转角挤压处理。
所述的后续强化热处理为固溶处理+时效处理。
所述的固溶处理是指对经过等通道转角挤压后的试样进行520±5℃×2±0.5h的强化固溶处理；所述时效处理是指将经过固溶处理的试样在常温下立即进行水淬，水淬温度为25±5℃，然后进行191±5℃× 4±0.5h的时效处理。
所述的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金主要由铝（Al）、镁（Mg）、硅（Si）、铜（Cu）、锰（Mn）、锆（Zr）和锶（Sr）组成，其中，镁（Mg） 的质量百分比为1.76~3.38 %，硅（Si）的质量百分比为1.81~2.55%，铜（Cu）的质量百分比为0.874~0.907%，锰（Mn）的质量百分比为0.467~0.497%，锶（Sr）的质量百分比为0.001~0.0011%，锆（Zr）的质量百分比为0.421~0.423%，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。
本发明的有益效果：
（1）经本发明方法处理的合金，耐腐蚀性得到大幅度提高。ECAP工艺不但能够有效细化晶粒，而且可以细化第二相颗粒，并且能够使第二相颗粒均匀分布在基体中，从而可以有效提高材料的耐腐蚀性等各项性能。以实施例一为例，锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金经过ECAP挤压加工后，晶间腐蚀深度由295.4μm（对比例一）减小到226.3μm。再如实施例二，其晶间腐蚀深度由370.6μm（对比例二）减小到148.5μm。
（2）经本发明方法处理的合金，合金的其他部分性能得以保持或提高。
（3）本发明所述锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金的耐腐蚀性的提高方法，操作简单，设备要求低，具备很好的应用前景。
（4）本发明公开了一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，促进了我国高性能铝合金产业的发展。
附图说明
图1是实施例一经过等通道转角挤压-固溶-时效处理后的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金晶间腐蚀图片。
图2是对比例一经过冷压-固溶-时效处理后的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金晶间腐蚀图片。
图3是实施例二经过等通道转角挤压-固溶-时效处理后的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金晶间腐蚀图片。
图4是对比例二经过冷压-固溶-时效处理后的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金晶间腐蚀图片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1、2所示。
一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金的实测质量分数为Al -3.38Mg-2.55Si-0.874Cu -0.476Mn -0.421Zr -0.001Sr，该铝合金经常规工艺浇铸沉淀、均质化退火、锻压加工后，切割取样,将试样加热至400±5℃，保温2±0.5h后再放入凹模通道夹角Φ=110°的模具中进行等通道转角挤压处理以细化铝合金晶粒；然后，对经过等通道挤压加工后的合金进行520±5℃´2 h的强化固溶处理，固溶结束后立即水淬，水温为25±5℃。水淬处理后，对合金进行191±5℃×4 ±0.5h的时效处理。最后对力学性能进行测量，对其进行晶间腐蚀实验，以得到其峰值时效时各方面的性能指标，并与仅进行冷压-强化固溶及时效处理的试样（对比例一）对比。
实验结果如下（表1）：
等通道转角挤压-固溶-时效 冷压-固溶-时效
延伸率（%） 10.1 11.2
抗拉强度（MPa） 392.4 383.3
屈服强度（MPa） 299.7 282.3
晶间腐蚀深度(μm) 226.3μm 295.4μm
实验结果表明，对比冷压-强化固溶及时效处理工艺（对比例一），等通道转角挤压及后续的强化固溶时效处理对Al-3.38Mg-2.55Si-0.874Cu -0.476Mn -0.421Zr -0.001Sr合金的延伸率影响不大，即材料塑性变化不大，抗拉强度和屈服强度略有提高。但其抗晶间腐蚀能力有大幅度提高，材料的耐腐蚀性显著增强。
实施例二。
如图3、4所示。
一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其实测质量分数为Al-1.76Mg-1.81Si-0.907Cu-0.497Mn-0.423Zr -0.0011Sr，该铝合金经常规工艺浇铸沉淀、均质化退火、锻压加工后，切割取样,将其加热至400±5℃，保温2±0.5h后再放入凹模通道夹角Φ=110°的模具中进行等通道转角挤压处理以细化铝合金晶粒；然后，对经过等通道挤压加工后的合金进行520±5℃´2 h的强化固溶处理，固溶结束后立即水淬，水温为25±5℃。水淬处理后，对合金进行191℃×4 h的时效处理。最后对其力学性能进行测量，对其进行晶间腐蚀实验，以得到其峰值时效时各方面的性能指标，并与进行冷压-强化固溶及时效处理的试样（对比例二）对比。
实验结果如下（表2）：
等通道转角挤压-固溶-时效 冷压-固溶-时效
延伸率（%） 11.9 11.7
抗拉强度（MPa） 385.6 391.1
屈服强度（MPa） 217.1 300.9
晶间腐蚀深度（μm） 148.5μm 370.6μm
实验结果表明，对比冷压-强化固溶及时效处理工艺（对比例二），等通道转角挤压及后续的强化固溶时效处理对Al-1.76Mg-1.81Si-0.907Cu-0.497Mn-0.423Zr -0.0011Sr合金的延伸率影响不大，即材料塑性变化不大，抗拉强度也变化不大，屈服强度略有下降。但其抗晶间腐蚀能力有大幅度提高，即材料的耐腐蚀性显著增强。
实施例三。
本实施例的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金的实测质量分数为Al-2.51Mg-2.12Si-0.886Cu-0.484Mn-0.421Zr-0.001Sr，其余与实施例一相同，实测的耐腐蚀性介于实施例一与实施例二之间。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征在于它由前处理和后处理组成，所述的前处理为等通道转角挤压,所述的后处理为后续强化热处理。
2.根据权利要求1所述的提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征是所述的等通道转角挤压是将经过浇铸沉淀、均质化退火、锻压加工后切割取样，加热至400±5℃，保温2±0.5h后放入模具中进行等通道转角挤压处理。
3.根据权利要求1所述的提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征是所述的后续强化热处理为固溶处理+时效处理。
4.根据权利要求3所述的提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征是所述的固溶处理是指对经过等通道转角挤压后的试样进行520±5℃×2±0.5h的强化固溶处理；所述时效处理是指将经过固溶处理的试样在常温下立即进行水淬，水淬温度为25±5℃，然后进行191±5℃× 4±0.5h的时效处理。
5.根据权利要求1所述的提高锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金耐腐蚀性的方法，其特征是所述的锆和锶复合微合金化的高镁高硅6000系铝合金主要由铝（Al）、镁（Mg）、硅（Si）、铜（Cu）、锰（Mn）、锆（Zr）和锶（Sr）组成，其中，镁（Mg） 的质量百分比为1.76~3.38 %，硅（Si）的质量百分比为1.81~2.55%，铜（Cu）的质量百分比为0.874~0.907%，锰（Mn）的质量百分比为0.467~0.497%，锶（Sr）的质量百分比为0.001~0.0011%，锆（Zr）的质量百分比为0.421~0.423%，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。
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