CN108779522B - 基于Al-Mg-Si的能时效硬化的铝合金 - Google Patents
基于Al-Mg-Si的能时效硬化的铝合金 Download PDFInfo
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Abstract
本发明示出了一种基于Al‑Mg‑Si的能时效硬化的铝合金。为了提供有利于回收、存储稳定且特别是有人工时效能力的铝合金,所提出的是,铝合金确定为:0.6至1重量%的镁(Mg)、0.2至0.7重量%的硅(Si)、0.16至0.7重量%的铁(Fe)、0.05至0.4重量%的铜(Cu)、最大0.15重量%的锰(Mn)、最大0.35重量%的铬(Cr)、最大0.2重量%的锆(Zr)、最大0.25重量%的锌(Zn)、最大0.15重量%的钛(Ti)、0.005至0.075重量%的锡(Sn)和/或铟(In)和作为其余成分的铝以及由制造引起的不可避免的杂质,其中,Si/Fe的重量百分比之比小于2.5并且Si的含量根据如下算式来确定:重量%Si=A+[0.3*(重量%Fe)],其中参数A在0.17至0.4重量%的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Al-Mg-Si的能时效硬化的铝合金。
背景技术
为了改进通过存储在室温下自然时效的基于Al-Mg-Si的A6061铝合金的人工时效能力,WO2013/124472A1提出的是,向铝合金的固溶体添加活化的痕量元素的空位,即锡(Sn)和/或铟(In)的空位。
还已知的是(“Statistical and thermodynamic optimization of trace-element modified Al-Mg-Si-Cu Alloys(经痕量元素改性的Al-Mg-Si-Cu合金的统计学和热力学优化)”,Stefan Pogatscher等人),A6061铝合金的特定的主要和次要合金元素降低了铝合金中的锡或铟的溶解性,这对6xxx铝合金在室温下的存储稳定性有不利影响。也就是说,例如6xxx铝合金中的Mg、Si、Cu或Zn的含量增加应当减少溶解性,而Fe、Ti和Mn的含量增加应当增加溶解性。此外,例如在Si与Mg之间和/或Cu与Mg之间的交互效应在Sn于铝合金中的溶解性方面也起到显著作用。
然而,铝合金中的主要和次要合金元素的含量不能任意地变化,因为除了值得期望的高人工时效能力之外,还需要满足其它机械和/或化学的要求,譬如改型能力、强度、延展性和/或耐腐蚀性。这例如需要铝合金中的高浓度的主要合金元素,以便形成特定的热析出。
因此,在设定基于Al-Mg-Si的铝合金的组合物时,对于主要和次要合金元素往往需要彼此相反的量比,即,一方面是有益于Sn在铝合金中的溶解性以便可以实现室温下的高存储稳定性的量比,而另一方面是造成铝合金的很高的机械和/或化学的参数或特性的量比,然而其往往对Sn的溶解性有不利影响。
发明内容
因此,本发明的任务在于,以Sn作为组合物中的痕量元素以如下方式改变基于Al-Mg-Si的能时效硬化的铝合金,使得在人工时效之后铝合金的很高的机械和化学的特性可以与室温下的高存储稳定性进行组合。此外,该铝合金应特别适合于二次铝的用途。
本发明通过如下方式解决了提出的任务,即,铝合金确定为:0.6至1重量%的镁(Mg)、0.2至0.7重量%的硅(Si)、0.16至0.7重量%的铁(Fe)、0.05至0.4重量%的铜(Cu)、最大0.15重量%(或0至0.15重量%)的锰(Mn)、最大0.35重量%(或0至0.35重量%)的铬(Cr)、最大0.2重量%(或0至0.2重量%)的锆(Zr)、最大0.25重量%(或0至0.25重量%)的锌(Zn)、最大0.15重量%(或0至0.15重量%)的钛(Ti)、0.005至0.075重量%的锡(Sn)和/或铟(In)和作为其余成分的铝以及由制造引起的不可避免的杂质,其中,Si/Fe的重量百分比之比小于2.5并且Si的含量根据如下算式来确定:重量%Si=A+[0.3*(重量%Fe)],其中参数A在0.17至0.4重量%的范围内。
通过将Si含量限制到0.2至0.7重量%和将Fe含量限制至0.16至0.7重量%以及使Si含量与Fe含量相协调的规定,在这种协调满足Si/Fe的重量百分比之比小于2.5且满足算式:重量%Si=A+[0.3*(重量%Fe)](其中,参数A在0.17至0.4重量%的范围内)时,可以在特别高的程度有利地影响Al-Mg-Si铝合金的存储稳定性和人工时效能力。
这样的在Si和Fe的含量上紧密协调的铝合金(例如在图1中的阴影区域上可以看出该协调)实际上由于提到的规定的上界限可以确保锡和/或铟在铝合金的固溶体中的足够的溶解性,这减慢了自然时效时的析出并且因此有利于铝合金的存储稳定性。由于协调中的下界限,还考虑到在人工时效时的充分的析出特性,由此能实现在人工时效时的高强度值并且铝合金本身可以达到或改进对于具有较高的主要和次要合金元素含量的6xxx铝合金来说已知的机械和化学的特性。
然而令人惊讶地已经发现的是,利用这种规定,与已知的具有用于抑制自然时效的Sn的6xxx铝合金相比较,可以观察到室温下慢得多的析出特性。尽管已知的是,相对低的Si含量可以起延迟自然时效的作用,但是根据本发明的Si含量的协调远远超出了这些已知的效果,并且还表现出了铝合金的异常高的存储稳定性。
因此根据本发明,室温下特别高的存储稳定性的优点以及铝合金的良好的人工时效能力的优点可以进行组合。
此外,由于相对高的Fe含量,根据本发明的组合物也可以特别好地适用于针对于此的二次铝应用。
一般性提到的是,在Al-Mg-Si铝合金中可能存在具有各自最大0.05重量%且整体最高0.15重量%的杂质。此外一般性提到及的是,最大重量百分比的数据,例如对于Mn、Cr、Zr、Zn或钛的最大重量%的数据,可以被认为是从0开始的。
为了完整起见还提到的是,从铝废料获得的铝或铝合金可以理解为二次铝。
当参数A在0.26至0.34重量%的范围内时,可以进一步改进铝合金的存储稳定性和人工时效能力。通过这个规定,Sn的溶解性实际上可以相对较大并且Si对自然时效只产生很小影响。因此,可以实现室温下出乎意料的高稳定性。还可以证明的是,这样设定的合金在人工时效之后(例如通过人工时效处理)可以达到令人惊讶的高强度,即使该合金具有相对低的Si含量。
当参数A为0.3重量%时,可以表现出存储稳定性和人工时效能力的最佳值。
如果Si的含量根据如下算式来确定:重量%Si=A+[0.3*(重量%Fe)]–重量%Ti,则可以以进一步改进的方式使影响Sn的溶解性的成分相互协调。尤其地,Ti可以与Si形成相,这可以对Sn的溶解性有有利的影响。因此进一步改进了铝合金的存储稳定性。
如果Si/Fe的重量百分比之比小于2,则由于Si经由Fe的增加的结合,可以显着降低铝合金中溶解的Si的含量。因此,可以改善锡和/或铟在Al-Mg-Si-铝合金的固溶体中的溶解性,这可以进一步提高存储稳定性。
当Si/Mg的重量百分比之比在0.3至0.9的范围内时,可以实现锡和/或铟在Al-Mg-Si铝合金的固溶体中的相对高的溶解性。
如果铝合金具有至少0.25重量%的铜(Cu),基于比较高的Cu含量,就可以在Sn于Al-Mg-Si铝合金的固溶体中的溶解性方面对Mg和Si的不利效果进行补偿。
如果铝合金在铝混晶中的固溶体中具有0.005至0.05重量%的范围中的锡(Sn),则可以实现铝合金的优异的存储稳定性。一般性提到的是,术语“固溶体”可以表示在其中合金元素分布在固体基质中的状态。
优选地,铝合金属于6xxx系列。优选地,铝合金是EN AW-6061铝合金。
如果铝合金具有最大0.05重量%的铬(Cr)和大于0.05重量%的锆(Zr),则可以降低针对Sn的淬火敏感性并且Sn即使在比较低的淬火速率情况下也可以保持在铝混晶中的固溶体中。此外,即使在厚板的情况下也可以实现存储稳定性和人工时效化能力的最佳值。
铝合金可以具有至少0.02重量%的铬(Cr),以便因此在必要时改进腐蚀特性。
具体实施方式
为了证明所实现的效果,制造了由各种基于Al-Mg-Si的铝合金(6xxx系列)构成的薄板。所研究的合金的组成列于表1中。
合金 | Sn | Mg | Si | Cu | Fe | Mn | Cr | Zn | Ti |
1 | 0.04 | 0.8 | 0.64 | 0.22 | 0.47 | 0.11 | 0.16 | 0.05 | 0.05 |
2 | 0.04 | 0.78 | 0.43 | 0.36 | 0.46 | 0.11 | 0.14 | 0.05 | 0.06 |
表1:所研究的合金的重量%的概述
表1的铝合金1基本上相应于在添加痕量元素Sn之后的标准合金AA6061,其中,能想到使用铟或由Sn和In的组合来代替锡。合金2代表根据本发明的6xxx系列的组合物,并且由于比较而言高的Fe含量而比较利于回收。
铝合金1明显处于根据本发明协调的Si/Fe含量之外,这例如在图1中可以看出。铝合金2基本上居中地放置在经协调的Si/Fe含量中。
两种铝合金1和2都在固溶体中通过固溶热处理、淬火并且通过室温下的时效处理自然时效,以及紧接着人工时效。固溶热处理在大于530摄氏度的温度下进行,以大于20摄氏度/秒的淬火速率进行淬火。两种合金1和2都经受180天[d]的储存时间或自然时效并且经受在不同温度下的30分钟的人工时效。在自然时效处理期间和人工时效处理之后确定布氏硬度[HBW]。
关于存储稳定性,根据图2可以看出的是,合金1在14天之后在存储时在室温下已经经受了比较急剧增加的自然时效,这在较长的存储时间之上来看不利地导致比较高且相对增加的布氏硬度并且在人工时效之前不利地引起改型。
相反,在合金2中,在存储了约180天之后才显现出开始自然时效,由此根据本发明的合金2被认为是存储特别稳定的。迄今为止,在任何6xxx合金中尚未观察到这种令人惊讶的高存储稳定性。这导致合金在淬火之后在软化状态下的操作时间方面的出乎意料的、巨大的效益。
在紧接着的人工时效中,在根据图3的两种合金的比较中可以看出,合金2在较低的时效处理温度时在布氏硬度方面首先落后于合金1。在较高的时效处理温度下,可以明显超过合金1的布氏硬度。
Claims (18)
1.一种基于Al-Mg-Si的能时效硬化的铝合金,所述铝合金具有:
0.6至1重量%的镁(Mg)、
0.2至0.7重量%的硅(Si)、
0.16至0.7重量%的铁(Fe)、
0.05至0.4重量%的铜(Cu)、
最大0.15重量%的锰(Mn)、
最大0.35重量%的铬(Cr)、
最大0.2重量%的锆(Zr)、
最大0.25重量%的锌(Zn)、
最大0.15重量%的钛(Ti)、
0.005至0.075重量%的锡(Sn)和/或铟(In)
和作为其余成分的铝以及由制造引起的不可避免的杂质,其中,
Si/Fe的重量百分比之比小于2.5
并且Si的含量根据如下算式来确定:
重量%Si=A+[0.3*(重量%Fe)],
其中参数A在0.17至0.4重量%的范围内。
2.根据权利要求1所述的铝合金,其特征在于,参数A处在0.26至0.34重量%的范围内。
3.根据权利要求1所述的铝合金,其特征在于,参数A为0.3重量%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其特征在于,Si/Fe的重量百分比之比小于2。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其特征在于,Si/Mg的重量百分比之比在0.3至0.9的范围内。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金具有至少0.25重量%的铜(Cu)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金在铝混晶中的固溶体中具有0.005至0.05重量%的范围内的锡(Sn)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金具有最大0.05重量%的铬(Cr)和大于0.05重量%的锆(Zr)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金具有至少0.02重量%的铬(Cr)。
10.一种基于Al-Mg-Si的能时效硬化的铝合金,所述铝合金具有:
0.6至1重量%的镁(Mg)、
0.2至0.7重量%的硅(Si)、
0.16至0.7重量%的铁(Fe)、
0.05至0.4重量%的铜(Cu)、
最大0.15重量%的锰(Mn)、
最大0.35重量%的铬(Cr)、
最大0.2重量%的锆(Zr)、
最大0.25重量%的锌(Zn)、
最大0.15重量%的钛(Ti)、
0.005至0.075重量%的锡(Sn)和/或铟(In)
和作为其余成分的铝以及由制造引起的不可避免的杂质,其中,
Si/Fe的重量百分比之比小于2.5
并且Si的含量根据如下算式来确定:
重量%Si=A+[0.3*(重量%Fe)]–重量%Ti,
其中参数A在0.17至0.4重量%的范围内。
11.根据权利要求10所述的铝合金,其特征在于,参数A处在0.26至0.34重量%的范围内。
12.根据权利要求10所述的铝合金,其特征在于,参数A为0.3重量%。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的铝合金,其特征在于,Si/Fe的重量百分比之比小于2。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的铝合金,其特征在于,Si/Mg的重量百分比之比在0.3至0.9的范围内。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金具有至少0.25重量%的铜(Cu)。
16.根据权利要求10至12中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金在铝混晶中的固溶体中具有0.005至0.05重量%的范围内的锡(Sn)。
17.根据权利要求10至12中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金具有最大0.05重量%的铬(Cr)和大于0.05重量%的锆(Zr)。
18.根据权利要求10至12中任一项所述的铝合金,其特征在于,所述铝合金具有至少0.02重量%的铬(Cr)。
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