CN108660344A

CN108660344A - 一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金及其制备方法

Info

Publication number: CN108660344A
Application number: CN201810455459.9A
Authority: CN
Inventors: 刘玉林; 邹发君
Original assignee: JIANGSU SHENYANG TRANSPORTATION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: JIANGSU KAILUN ALUMINUM Co.,Ltd.
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: CN108660344B

Abstract

本发明涉及一种铝合金领域，尤其涉及一种低淬火敏感性的Al‑Mg‑Si合金及其制备方法，该铝合金中各元素质量百分含量如下：Si 0.9‑1.5％，Mg 0.7‑1.5％，Cu 0.2‑0.8％，Mn 0.40‑1.0％，Cr 0.15‑0.75％，Ti 0.05‑0.35，Sr 0.02‑0.10％，稀土元素：0.05‑0.50％，余量为Al和杂质，杂质中：Fe≤0.5%；其它杂质元素总含量≤1.0%。使合金既保持了较高的力学性能，有具有较低的淬火敏感性，可以在线小风量淬火，减小变形。合金型材适合制备汽车防撞梁，具有良好的应用前景。

Description

一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金领域，尤其涉及一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金及其制备方法。

背景技术

随着对汽车节能减排的要求越来越高以及新能源汽车的发展，对汽车轻量化的需求更加迫切。越来越多的汽车零部件的材质由钢转变为铝。铝合金在汽车零部件生产中获得越来越多的应用。

汽车防撞梁是用来保护车身及乘员的安全，防止汽车发生碰撞时对其它重要零部件损害，所以要保证它安全可靠。要求它的材质必须具有足够的高强，而且要有良好的吸能（吸收碰撞能）性能，在碰撞过程中，能够有效吸收碰撞产生的冲击力。6000系铝合金是一种性能优良的轻质材料，具有密度低，强度中等，热电导率高，耐腐蚀能力强等诸多优异的物理特性和力学性能。如今已广泛地用于车身结构件。6000系铝合金材料的力学性能完全满足制造汽车防撞梁的要求。而且，铝合金具有良好的吸能性能和较低的比重，能够满足吸能性能的要求和轻量化的要求。所以，铝合金是一种比较理想的汽车防撞梁材质

汽车防撞梁的力学性能要求为：抗拉强度达到270MPa；屈服强度达到；245MPa，延伸率7%。型材的尺寸精度方面，要求扭拧度小于2mm/2m长。从力学性能要求来看，在快速淬火条件下，6061和6082合金在T6状态下都能满足力学性能要求。但是，由于快速淬火导致变形，型材的扭拧度严重超标。为了防止型材在淬火过程中变形导致扭拧都超标，必须要降低淬火时的冷却速度。比如，在线淬火，小风量风冷。但是，6061和6082合金的淬火敏感性较大，在缓慢冷却淬火条件下，合金力学性能往往达不到要求。所以降低型材的淬火敏感性，使合金在小风量风冷条件下在线淬火也能达到力学性能要求，是生产汽车防撞梁用型材的关键。提高合金的Si含量，可以降低合金的淬火敏感性。但是，随着Si含量的增加，合金的脆性和缺口敏感性也显著增加，挤压性能也变差。究其原因，可能是因为增加Si导致β-Al5FeSi相增加，这个相呈条块状，严重损害合金的力学性能。

Sr通常作为铸造Al-Si合金的变质剂，细化共晶Si组织。但在变形铝合金中，Sr的应用鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金，该铝合金中各元素质量百分含量如下：

Si 0.9-1.5％

Mg 0.7-1.5％

Cu 0.2-0.8％

Mn 0.40-1.0％

Cr 0.15-0.75％

Ti 0.0-0.35%

Sr 0.02-0.10％

稀土元素：0 .05-0.50％

余量为Al和杂质，

所述杂质中：Fe≤0.5%；其它杂质元素总含量≤1.0 %。

具体地，上述稀土元素为La和/或Ce。

具体地，上述Ti含量为 0.1-0.25%。

一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、按设定成分准备原料；所述原料为铝锭、镁锭、锰添加剂或铝锰中间合金、金属硅或铝硅中间合金；纯铜或铝铜中间合金；铬添加剂或铝铬中间合金；铝锶中间合金；铝稀土中间合金；

（2）将铝锭加热熔化形成铝熔体，温度控制在700~760℃，将其他原料加入铝熔体中，至全部原料熔化后，搅拌均匀，形成合金熔体，温度控制在700~760℃；

（3）利用精炼剂对熔体进行精炼处理，精炼处理后静置20-40min，扒渣后浇注，浇注过程中进行在线除气和在线添加晶粒细化剂，经过陶瓷板过滤浇注成圆棒；

（4）将圆棒放入均质化炉中进行均匀化处理，温度520-560℃，时间8-24h；

（5）将均匀化处理后的圆棒锯切至适当长度，在450±30℃预热，然后挤压成型材；型材在线淬火或在500-560℃淬火炉中固溶淬火，固溶时间0.5-5h，然后在150-220℃时效4-24h，获得型材。

具体地，上述精炼剂为Promag粒状精炼剂，精炼剂的用量为铝合金熔体总重量的0.05-0.5%。

具体地，上述在线除气是将氩气或氮气喷入铝水中，氩气或氮气流量为3-5m3/h。

具体地，上述在线添加晶粒细化剂是采用喂丝机将Al-5Ti-1B丝通入铝合金熔体中，Al-5Ti-1B丝的添加量为0.5-2.0 kg/t铝合金熔体。

本发明的有益效果是：

本发明通过调整Mg和Si的比例，使合金既能形成较多的强化相Mg2Si，有具有较多的过剩Si,从而在保证合金具有较高强度的前提下大幅度降低了合金的淬火敏感性。使合金型材可以在线小风量淬火，降低型材在淬火过程产生变形，保证扭拧度不超标。为了解决增加Si含量导致的脆性和缺口敏感性增加的问题，本发明在合金中添加较高含量的Mn、Cu、Cr和Ti。一方面Mn促进板条状的β(AlFeSi)相向汉字状的 (AlFeMnSi)四元相转变，减小了对力学性能的损害；另一方面，过剩的Mn固溶到基体中，起到了固溶强化效果，使合金力学性能提高。另外，本发明在合金中添加了微量的Sr和稀土元素。稀土元素具有变质和细化晶粒的作用，有利于提高合金的力学性能，尤其是塑性。申请人的研究表明，添加Sr可以阻碍β(AlFeMnSi)四元相的形成，使凝固组织中(AlFeMnSi)相倾向形成a(AlFeMnSi)四元相。在均匀化处理过程中，Sr可以促进已形成的β(AlFeMnSi)相向颗粒状的a(AlFeMnSi)四元相转变。对力学性能的损害大为减小。所以，合金中添加Sr和稀土元素大幅度降低了大量过剩硅导致的脆性。使合金既保持了较高的力学性能，有具有较低的淬火敏感性，可以在线小风量淬火，减小变形。合金型材适合制备汽车防撞梁，具有良好的应用前景。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；所描述的不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例中，如果圆棒表面质量较好，均匀化处理后直接进行挤压；如果圆棒表面质量欠佳，则均匀化处理后需将表皮去掉。

本发明实施例中在线除气是采用SNIF在线除气装置，将氩气喷入铝水中，氩气流量为3-5m3/h，转子转速为300-700r/min。

本发明实施例中在线添加晶粒细化剂是采用喂丝机将Al-5Ti-1B丝通入铝合金熔体中，Al-5Ti-1B丝的添加量为0.5-2.0 kg/t铝合金熔体，优选为1.0 kg/t铝合金熔体。

本发明实施例中，添加合金元素选用镁锭、85Mn剂、金属硅、85Cr剂、Al-50Cu中间合金、Al-10Sr中间合金和Al-10稀土中间合金。

本发明实施例中，制备合金都是1000公斤。而对比例只制备30公斤合金。

实施例1

合金设计成分为Mg 0.75wt%，Si 0.95wt%， Mn 0.45wt%，Cu 0.25wt%，Cr 0.15wt%，Ti0.15wt%，Sr 0.025wt%，La 0.1wt%，Fe ≤0.35，余量为Al；准备铝锭、镁锭、金属硅、85锰剂（含85%Mn的铝合金元素添加剂）、85铬剂（含85%Cr的铝合金元素添加剂）；Al-50Cu中间合金、Al-10Sr中间合金和Al-10La中间合金。将铝锭加热熔化形成铝熔体，温度控制在720℃，将其他原料加入铝熔体中，至全部原料熔化后，搅拌均匀，形成合金熔体，温度控制在720℃；取样分析化学成分，如有必要，再次添加原料，确保化学成分合格。

利用旋转喷吹装置将Promag精炼剂吹入铝合金熔体中，进行精炼处理，精炼剂的用量为铝合金熔体总重量的0.35%；精炼处理后静置20min，扒渣后浇注，浇注过程中进行在线除气和在线添加晶粒细化剂，经过陶瓷板过滤浇注成圆棒；

将圆棒放入均质化炉中进行均匀化处理，温度530℃，时间16h；

将均匀化处理后圆棒在450±30℃预热，然后挤压成型材，并小风量在线淬火；然后在180℃时效16 h，最后获得型材；

型材抗拉强度272MPa，延伸率7.5%。

实施例2

其他同实施例1，不同点在于：

（1）合金设计成分为Mg 0.9wt%，Si 1.1wt%， Mn 0.65wt%，Cu 0.45wt%，Cr 0.25wt%，Ti0.2wt%，Sr 0.03wt%，Ce 0.15wt%，Fe ≤0.35，余量为Al；熔炼温度为730℃；

（2）时效工艺为在160℃时效24h

（3）产品的T6抗拉强度287MPa，延伸率8.1%。

实施例3

其他同实施例1，不同点在于：

（1）合金设计成分为Mg 0.95wt%，Si 1.2wt%， Mn 0.9wt%，Cu 0.55wt%，Cr 0.55wt%，Ti0.3wt%，Sr 0.065wt%，（La+Ce混合稀土）0.2wt%，Fe ≤0.35，余量为Al；熔炼温度为740℃；

（2）精炼剂的用量为铝合金熔体总重量的0.25%；精炼处理后静置30min。

（3）均匀化处理温度540℃，时间12h；

（4）产品的T6抗拉强度291MPa，延伸率7.1%。

实施例4

其他同实施例1，不同点在于：

（1）合金设计成分为Mg 1.2wt%，Si 1.35wt%， Mn 0.75wt%，Cu 0.7wt%，Cr 0.35wt%，Ti0.15wt%，Sr 0.09wt%，（La+Ce混合稀土）0.25wt%，Fe ≤0.35，余量为Al；熔炼温度为735℃；

（2）精炼剂的用量为铝合金熔体总重量的0.4%；精炼处理后静置35min。

（3）均匀化处理温度530℃，时间18h；

（4）抗拉强度297MPa，延伸率6.9%。

实施例5

其他同实施例4，不同点在于：

（1）将均匀化处理后圆棒在450±30℃预热，然后挤压成型材，然后在淬火炉中固溶处理，工艺为530oC 2 h；然后在180℃时效16 h，最后获得型材；

（2）抗拉强度345MPa，延伸率7.8%。

实施例6

其他同实施例1，不同点在于：

（1）合金设计成分为Mg 1.35wt%，Si 1.45wt%， Mn 0.75wt%，Cu 0.65wt%，Cr 0.5wt%，Ti 0.25wt%，Sr 0.045wt%，（La+Ce混合稀土）0.25wt%，Fe ≤0.35，余量为Al；熔炼温度为735℃；

（3）均匀化处理温度530℃，时间18h；

（4）抗拉强度297MPa，延伸率6.9%。

实施例7

其他同实施例6，不同点在于：

（2）抗拉强度345MPa，延伸率7.8%。

对比例1

其他同实施例1，不同点在于：未添加Sr和La。

抗拉强度279MPa，延伸率5.5%。

对比例2

其他同实施例1，不同点在于：Mn含量为0.2%。

抗拉强度275MPa，延伸率6.2%。

对比例3

其他同实施例1，不同点在于：Cu含量为0.15%。

抗拉强度281MPa，延伸率6.0%。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金，该铝合金中各元素质量百分含量如下：

Si 0.9-1.5％

Mg 0.7-1.5％

Cu 0.2-0.8％

Mn 0.40-1.0％

Cr 0.15-0.75％

Ti 0.05-0.35%

Sr 0.02-0.10％

稀土元素：0 .05-0.50％

余量为Al和杂质，

所述杂质中：Fe≤0.5%；其它杂质元素总含量≤1.0 %。

2.如权利要求1所述的一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金，其特征在于：所述稀土元素为La和/或Ce。

3.如权利要求1所述的一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金，其特征在于：所述Ti含量为0.1-0.25%。

4.一种如权利要求1所述的低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于：所述精炼剂为Promag粒状精炼剂，精炼剂的用量为铝合金熔体总重量的0.05-0.5%。

6.如权利要求4所述的一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于：所述在线除气是将氩气或氮气喷入铝水中，氩气或氮气流量为3-5m³/h。

7.如权利要求4所述的一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于：所述在线添加晶粒细化剂是采用喂丝机将Al-5Ti-1B丝通入铝合金熔体中，Al-5Ti-1B丝的添加量为0.5-2.0 kg/t铝合金熔体。