CN109439977A - 一种高强韧抗腐蚀的铝合金及其制备和挤压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强韧抗腐蚀的铝合金及其制备和挤压方法，铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 4.6～5.4％，Mn 0.6～0.9％，Cr 0.15～0.25％，Ce 0.05～0.15％，Er 0.15～0.25％，Sc 0.03～0.05％，Ti 0.01～0.015％，B 0.002～0.003％，Fe≤0.2％，Si≤0.1％，余量为Al和不可避免的其它杂质。其制备和挤压方法包括熔炼配制铝合金液、炉内喷吹精炼、在线晶粒细化、在线除气过滤、半连续铸造、铸锭均匀化、加热挤压和在线淬火。本发明通过微合金化处理和优化设计挤压工艺，细化变质富Fe相和连续网状Mg2Al3相，抑制再结晶和晶粒长大，使铝合金获得单相纤维晶组织，提高铝合金的强度、塑性、断裂韧性和抗腐蚀性能。本发明所述铝合金具有优异的综合性能，适合于制造舰船、汽车、轨道车辆、飞机等交通运输工具的结构件。

Description

一种高强韧抗腐蚀的铝合金及其制备和挤压方法
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体是涉及一种高强韧抗腐蚀的铝合金及其制备和挤压方法。
背景技术
铝镁合金又称为5xxx系铝合金，典型牌号有5052、5056、5083、5086和5454、5456等，是以镁为主要合金元素的铝合金，具有密度低、比强度高、切削性能好以及良好的可焊接性和耐蚀性，作为受力结构件和焊接件等广泛用于船舶及海洋工程装备、交通运输工具、压力容器、制冷装置、武器装备等领域，如各种舰船及海洋工程装备的结构件、飞机的蒙皮骨架、油箱和导管、汽车车身板、高铁、轻轨等轨道交通的焊接结构件、液化天然气运输船贮罐、液体罐车、冷藏车、冷藏集装箱等压力容器以及导弹元件、防弹甲板等。
随着舰船、飞机、汽车、轨道交通等交通运输工具轻量化的发展，采用高强度铝镁合金来制造交通运输工具结构件，可以显著减轻交通工具的重量，提高交通工具的速度、机动性和稳定性，取得节能减排、降低运输成本等效果。交通运输工具轻量化发展对铝镁合金材料的性能也提出了更高的要求，可概括为强度高、塑性好、焊接性好以及优良的断裂韧性和抗腐蚀性能，以提高结构件的受力承载能力、安全性和服役寿命等，如舰船长期暴露在海水和海洋气候环境中，对铝镁合金的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能则要求较高，又如飞机、汽车、轨道交通工具对铝镁合金的断裂韧性要求较高，以提高安全特性。
铝镁合金的性能与Mg的含量密切相关，对于Mg含量低于3.5％的铝镁合金，往往都具有较好的塑性、焊接性能、断裂韧性和抗腐蚀性能，缺点是强度普遍较低。对于Mg含量大于3.5％的铝镁合金，随着Mg含量的增加，强度得到显著提升，但是合金的晶界上容易形成连续网状Mg2Al3相而引发沿晶断裂和晶界腐蚀，沿晶断裂属于脆性断裂，晶界腐蚀会引起晶界开裂，增大应力腐蚀敏感性，导致高Mg含量铝镁合金的断裂韧性和抗腐蚀性能普遍较差。由于难以协调断裂韧性、抗腐蚀性能与强度之间的矛盾问题，目前广泛使用的铝镁合金通常都是Mg含量低于4.5％的中等强度铝镁合金。可见，现有铝镁合金及其制备和挤压方法还有待改进和提高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种高强韧抗腐蚀的铝合金及其制备和挤压方法，旨在解决高Mg含量铝镁合金的断裂韧性、抗腐蚀性能与强度之间的矛盾问题，获得同时兼具高强度和优异断裂韧性及抗腐蚀性能的铝镁合金。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述高强韧抗腐蚀的铝合金，其特点是：该铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 4.6～5.4％，Mn 0.6～0.9％，Cr 0.15～0.25％，Ce 0.05～0.15％，Er 0.15～0.25％，Sc 0.03～0.05％，Ti 0.01～0.015％，B 0.002～0.003％，Fe≤0.2％，Si≤0.1％，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Er与Sc的质量比为5:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
本发明所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特点是包括以下步骤：
第一步：选用铝锭、镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在740～760℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为4.6～5.4％的镁锭、3～4.5％的AlMn20合金、1.5～2.5％的AlCr10合金、3～5％的AlEr5合金、0.6～1％的AlSc5合金和0.05～0.15％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼，扒渣后静置一定时间；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.2～0.3％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒加热均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到高强韧抗腐蚀的铝合金。
其中，上述第一步中，铝锭的铝含量≥99.7％，镁锭的镁含量≥99.9％，富Ce稀土的Ce含量≥99.5％。
上述第二步中，无钠精炼剂是指不含NaCl、NaF、Na2CO3钠盐的精炼剂。
上述第二步中，对铝合金液喷吹精炼的时间是10～20分钟，扒渣后静置时间是30～40分钟。
上述第五步中，除气机的石墨转子旋转速度为250～350转/分钟、氩气流量为1～2立方米/小时，泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为50～60ppi。
上述第六步中，铝合金液半连续铸造的条件是铸造温度为700～720℃，铸造速度为80～120毫米/分钟，冷却水压力为0.5～0.8MPa。
上述第七步中，均匀化处理是将铝合金圆棒先加热至400～420℃保温1～2小时，接着继续加热到555～565℃保温4～5小时。
上述第八步中，挤压是指将铝合金圆棒先加热至490～500℃，然后在挤压速度为5～6米/分钟、挤压比为80～100条件下进行挤压成形。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明通过优化设计特定的合金成分组成，解决了高Mg含量铝合金断裂韧性、抗腐蚀性能与强度之间的矛盾问题，确保了高Mg含量铝合金可以同时获得高强度和优异断裂韧性及抗腐蚀性能；
(2)本发明通过添加微量Cr元素对FeAl3、FeSiAl3、FeMnAl6等富Fe相进行细化变质处理，使富Fe相从粗大的针片状转变为细小均匀的颗粒状并弥散分布在铝基体上，消除粗大针片状富Fe相对铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能的有害影响；
(3)本发明通过添加微量Ce元素对晶界上的连续网状Mg2Al3相进行细化变质处理，使连续网状Mg2Al3相转变成非连续的细小均匀Mg2Al3相，避免连续网状Mg2Al3相引起的沿晶断裂和晶界腐蚀，提高铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能；
(4)本发明通过复合添加Er、Sc元素，形成(Er、Sc)Al3复合弥散质点，抑制铝合金再结晶和晶粒长大，提高再结晶温度，使铝合金沿挤压方向上可以获得单相纤维晶组织，同时提高铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能；
(5)本发明通过优化铝合金的挤压工艺参数，防止挤压铝合金发生再结晶和晶粒长大，确保铝合金沿挤压方向上获得单相纤维晶组织，同时提高铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能；
(6)本发明铝合金的抗拉强度大于350MPa，屈服强度大于300MPa，断后伸长率大于15％，断裂韧度KIC大于45MPa·m1/2，抗应力腐蚀试验大于50天，具有强度高、塑性好以及优良的断裂韧性和抗腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明所述高强韧抗腐蚀的铝合金制备和挤压方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例和对比例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种高强韧抗腐蚀的铝合金，由以下质量百分比的成分组成：Mg 4.6～5.4％，Mn 0.6～0.9％，Cr 0.15～0.25％，Ce 0.05～0.15％，Er 0.15～0.25％，Sc 0.03～0.05％，Ti 0.01～0.015％，B 0.002～0.003％，Fe≤0.2％，Si≤0.1％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
其中，Mg是本发明铝合金的主要合金元素，Mg在铝合金中固溶度较大，可通过固溶强化提高铝合金的强度。Mg与Al还会形成Mg2Al3相增强铝合金的强度。随着Mg含量的增加，铝合金的强度越高。但Mg含量太高，铝合金塑性、断裂韧性和抗腐蚀性能都会逐渐下降。为了确保铝合金具有足够的强度、塑性、断裂韧性和抗腐蚀性能，因此，Mg含量选择为4.6～5.4％，优选的，Mg含量为Mg 5.1％。
Mn在铝合金中的固溶度也较大，通过固溶强化可以提高铝合金的强度。Mn在铝合金中还可与Al形成MnAl6化合物弥散粒子，并分布在晶界上，对铝合金的再结晶起到阻碍作用，不仅有利于后续挤压铝合金获得纤维晶组织，更重要的还利于抑制焊接接头晶粒的长大，提高铝合金的焊接性能。MnAl6还能溶解杂质元素Fe，形成FeMnAl6相，消除部分杂质元素Fe的有害影响。但Mn含量也不宜太高，否者容易形成粗大的MnAl6化合物，并产生严重的偏析，反而会恶化铝合金的力学性能，因此，Mn含量选择为0.6～0.9％，优选的，Mn含量为0.8％。
Cr在铝合金中的主要作用是细化变质富Fe相。Fe是铝锭、镁锭以及中间合金中不可避免的杂质元素，在铝合金中通常以粗大针片状FeAl3、FeSiAl3、FeMnAl6等富Fe相形式存在于铝合金基体中，这些富Fe相为硬脆相，会严重割裂铝合金基体，降低铝合金的强度、塑性和断裂韧性。另外，这些富Fe相还会与铝基体形成微电偶腐蚀，降低铝合金的抗腐蚀性能。发明人通过大量实验研究发现，添加0.15～0.25％的Cr元素对粗大针片状富Fe相有细化变质作用，可使富Fe相从粗大针片状转变为细小均匀的颗粒状，并均匀弥散分布在铝合金基体内部，可显著降低富Fe相对铝合金强度、塑性、断裂韧性和抗腐蚀性能的有害影响。但Cr含量也不宜超过0.25％，否者容易形成粗大的CrFeAl7等粗大金属间化合物，又会恶化铝合金的力学性能。因此，Cr含量选择为0.15～0.25％，优选的，Cr含量为0.2％。
微量Ce元素是以富Ce稀土形式加入到铝合金中，在铝合金中主要作用是对晶界上的连续网状Mg2Al3相进行细化变质处理。Mg在铝合金中除了形成固溶体外，其余的Mg主要是与Al形成Mg2Al3相，这种Mg2Al3相通常分布在晶界上形成连续网状。这种连续网状Mg2Al3相会引起结晶腐蚀，增加铝合金的应力腐蚀敏感性，诱发沿晶断裂，亦称晶界断裂，沿晶断裂属于脆性断裂，这也是高Mg含量Al-Mg系铝合金断裂韧性和抗腐蚀性能普遍较差的重要原因。发明人通过实验研究发现，添加微量Ce元素对晶界上的连续网状Mg2Al3相具有细化变质作用，可使连续网状Mg2Al3相转变成非连续的细小均匀Mg2Al3相，可显著提高铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能，因此，选择添加0.05～0.15％的Ce，优选的，Ce含量为0.1％。
Er、Sc在铝合金中主要作用是抑制再结晶和晶粒长大，使挤压铝合金获得纤维状晶粒组织。公开的研究结果表明，使挤压铝合金保持挤压加工态的纤维状晶粒组织，可以提高铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能。Er、Sc在铝合金中可分别形成与铝基体共格的铝化物弥散相ErAl3和ScAl3，弥散分布在铝基体上，可阻碍晶界和亚晶界的迁移，对铝合金再结晶和晶粒长大有抑制作用，其中ErAl3的作用较弱，ScAl3的作用十分明显，但Sc的价格较贵，添加大量Sc元素会使铝合金的生产成本大幅增加。发明人通过大量实验研究发现，当复合添加0.15～0.25％的Er和0.03～0.05％的Sc，通过形成(Er、Sc)Al3复合弥散质点，对铝合金再结晶和晶粒长大具有显著的抑制作用，其效果明显好于单独添加Er、Sc的效果，而且还显著降低了Sc的添加量，特别是，当Er与Sc的质量比为5:1时，可完全抑制铝合金的再结晶和晶粒长大，确保挤压铝合金沿挤压方向获得单相纤维晶组织，提高铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能。但Er、Sc的含量范围不在上述范围时，都不能确保铝合金沿挤压方向获得单相纤维晶组织，只能获得由纤维晶和再结晶晶粒组成的混合晶粒组织。因此，Er含量选择为0.15～0.25％，Sc含量选择为0.03～0.05％，优选的，Er与Sc的质量比为5:1。
Ti、B是以AlTi5B1合金丝的形式在线加入到铝合金液中，主要作用是细化铝合金圆棒的晶粒组织，改善铝合金圆棒的组织均匀性，提高铝合金圆棒的挤压加工性能。添加0.2～0.3％的AlTi5B1合金丝，铝合金中含有0.01～0.015％的Ti，0.002～0.003％的B，可将铝合金圆棒的组织细化为细小均匀的等轴晶，显著改善铝合金圆棒的组织均匀性，提高铝合金圆棒的挤压加工性能。
Fe、Si是铝锭中不可避免的杂质元素，在铝合金中通常以粗大针片状FeAl3、FeSiAl3、FeMnAl6等富Fe相形式存在于铝合金基体中，这些富Fe相为硬脆相，会严重割裂铝合金基体，常常成为铝合金发生断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，恶化铝合金的强度、塑性和断裂韧性。另外，这些富Fe相还会与铝基体形成微电偶腐蚀，降低铝合金的抗腐蚀性能，因此，需要严格控制铝合金中Fe、Si的含量。本发明通过选用铝含量≥99.7％的铝锭作为主要原材料，控制Fe含量≤0.2％，Si含量≤0.1％，再结合后续的细化变质处理和圆棒均匀化处理，可以消除Fe、Si杂质元素的对铝合金力学性能和抗腐蚀性能的有害影响。铝锭的纯度越高，铝合金中Fe、Si的含量也越低，越有利于铝合金力学性能和抗腐蚀性能的提高。但铝锭的纯度越高，价格也越贵，相应的会大幅度增加铝合金的生产成本。因此，优选的，建议选用铝含量为99.7％或者99.8的铝锭。
请参阅图1，一种高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，包括以下步骤：
第一步：选用铝锭、镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在740～760℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为4.6～5.4％的镁锭、3～4.5％的AlMn20合金、1.5～2.5％的AlCr10合金、3～5％的AlEr5合金、0.6～1％的AlSc5合金和0.05～0.15％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼，扒渣后静置；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.2～0.3％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒加热均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到高强韧抗腐蚀的铝合金。
优选地，所述第一步中铝锭的铝含量≥99.7％，镁锭的镁含量≥99.9％，富Ce稀土的Ce含量≥99.5％。
优选地，所述第二步中无钠精炼剂是指不含NaCl、NaF、Na2CO3等钠盐的精炼剂。
Na在铝合金中几乎不溶解,最大固溶度小于0.0025％,并且Na的熔点低，仅为97.8℃。当采用传统含Na盐的铝合金精炼剂对铝合金液进行精炼使，会使铝合金液中残留Na元素，当铝合金液凝固过程中,Na吸附在铝枝晶表面或晶界上，在铝合金热加工和服役使用过程中,晶界上的Na形成液态吸附层,使铝合金产生脆性开裂,即“钠脆”。当铝合金中含有Si时,Na与Si和Al形成NaSiAl化合物,无游离Na存在，不产生“钠脆”。但是当Mg含量超过2％时,Mg会夺取Si,析出游离Na,产生“钠脆”。由于本发明铝合金的Mg含量大于4.5％，为了避免“钠脆”而降低铝合金的强度和断裂韧性，因此，必须使用不含Na盐的铝合金精炼剂对铝合金液进行精炼。
优选地，所述第二步中对铝合金液喷吹精炼的时间是10～20分钟，扒渣后静置时间是30～40分钟。
优选地，所述第五步中除气机的石墨转子旋转速度为250～350转/分钟、氩气流量为1～2立方米/小时，泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为50～60ppi。
气孔和夹杂是铝合金的常见缺陷，这些缺陷也是铝合金断裂的裂纹源和被腐蚀的起点。为了确保能够获得高性能的铝合金，本发明首先对炉内铝合金液进行喷吹精炼除气除杂，然后再将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理，对铝合金进行深度净化，使铝合金的气含量低于0.1毫升/100克铝，非金属夹杂物含量低于0.1平方毫米/千克，确保铝合金能够获得高强度、高塑性以及优异的断裂韧性和抗腐蚀性能。
优选地，所述第六步中铝合金液半连续铸造的条件是铸造温度为700～720℃，铸造速度为80～120毫米/分钟，冷却水压力为0.5～0.8MPa。
优选地，所述第七步中均匀化处理是将铝合金圆棒先加热至400～420℃保温1～2小时，接着继续加热到555～565℃保温4～5小时。
均匀化处理的目的是消除圆棒内部Mg、Mn等合金元素的宏微观偏析，使FeAl3、FeSiAl3、FeMnAl6等粗大金属间化合物尽可能充分熔解。申请人通过大量实验研究后发现，将铝合金圆棒先加热至400～420℃保温1～2小时，接着继续加热到555～565℃保温4～5小时，然后水雾强制冷却至室温，才能消除圆棒内部Mg、Mn等合金元素的宏微观偏析，使粗大金属间化合物充分熔解，消除粗大金属间化合物恶化铝合金的力学性能和抗腐蚀性能。
优选地，所述第八步中挤压是指将铝合金圆棒先加热至490～500℃，然后在挤压速度为5～6米/分钟、挤压比为80～100条件下进行挤压成形。
合理的挤压工艺是获得单相纤维晶组织的重要条件，发明人通过对本发明铝合金的挤压工艺进行系统研究后发现，将铝合金圆棒先加热至490～500℃，然后在挤压速度为5～6米/分钟、挤压比为80～100条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温，防止挤压铝合金发生再结晶和晶粒长大，铝合金沿挤压方向才能获得单相纤维晶组织，铝合金展现出高强度以及优异的断裂韧性和抗腐蚀性能。如果挤压工艺参数不在上述匹配范围内，均无法完全抑制铝合金发生再结晶和晶粒长大，均无法获得单相纤维晶组织，只能得到再结晶组织或者由部分纤维晶粒和部分再结晶晶粒构成的混合晶粒组织，铝合金无法获得期望的力学性能和抗腐蚀性能。
实施例1：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 5.1％，Mn 0.8％，Cr 0.2％，Ce 0.1％，Er 0.2％，Sc 0.04％，Ti 0.0125％，B 0.0025％，Fe 0.16％，Si 0.07％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；其制备和挤压方法包括以下步骤：
第一步：选用铝含量99.7％的铝锭、镁含量99.9％的镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和Ce含量99.5％的富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在750℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.1％的镁锭、4％的AlMn20合金、2％的AlCr10合金、4％的AlEr5合金、0.8％的AlSc5合金和0.1％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.3％的无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼15分钟，扒渣后静置35分钟；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.25％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为300转/分钟、氩气流量为1.5立方米/小时的除气机和孔隙度为55ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液在铸造温度为710℃、铸造速度为100毫米/分钟、冷却水压力为0.6MPa的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒先加热至410℃保温1.5小时，接着继续加热到560℃保温4.5小时，进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热至495℃，在挤压速度为5.5米/分钟、挤压比为90的条件下挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到所述铝合金。
实施例2：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 4.6％，Mn 0.9％，Cr 0.15％，Ce0.15％，Er 0.15％，Sc 0.03％，Ti 0.015％，B 0.003％，Fe 0.14％，Si 0.07％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；其制备和挤压方法包括以下步骤：
第一步：选用铝含量99.8％的铝锭、镁含量99.95％的镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和Ce含量99.6％的富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在740℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为4.6％的镁锭、4.5％的AlMn20合金、1.5％的AlCr10合金、3％的AlEr5合金、0.6％的AlSc5合金和0.15％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.3％的无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼20分钟，扒渣后静置30分钟；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.3％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为250转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的除气机和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液在铸造温度为700℃、铸造速度为120毫米/分钟、冷却水压力为0.5MPa的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒先加热至420℃保温1小时，接着继续加热到555℃保温5小时，进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热至500℃，在挤压速度为6米/分钟、挤压比为100的条件下挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到所述铝合金。
实施例3：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 5.4％，Mn 0.6％，Cr 0.25％，Ce0.05％，Er 0.25％，Sc 0.05％，Ti 0.01％，B 0.002％，Fe 0.12％，Si 0.6％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；其制备和挤压方法包括以下步骤：
第一步：选用铝含量99.85％的铝锭、镁含量99.99％的镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和Ce含量99.7％的富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在760℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.4％的镁锭、3％的AlMn20合金、2.5％的AlCr10合金、5％的AlEr5合金、1％的AlSc5合金和0.05％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.3％的无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼10分钟，扒渣后静置40分钟；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.2％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为350转/分钟、氩气流量为1立方米/小时的除气机和孔隙度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液在铸造温度为720℃、铸造速度为80毫米/分钟、冷却水压力为0.8MPa的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒先加热至400℃保温2小时，接着继续加热到565℃保温4小时，进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热至490℃，在挤压速度为5米/分钟、挤压比8的条件下挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到所述铝合金。
对比例1：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 5.1％，Mn 0.8％，Ce 0.1％，Er 0.2％，Sc 0.04％，Ti 0.0125％，B 0.0025％，Fe 0.16％，Si 0.07％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；其制备和挤压方法包括以下步骤：
第一步：选用铝含量99.7％的铝锭、镁含量99.9％的镁锭、AlMn20合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和Ce含量99.5％的富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在750℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.1％的镁锭、4％的AlMn20合金、2％的AlCr10合金、4％的AlEr5合金、0.8％的AlSc5合金和0.1％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.3％的无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼15分钟，扒渣后静置35分钟；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.25％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为300转/分钟、氩气流量为1.5立方米/小时的除气机和孔隙度为55ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液在铸造温度为710℃、铸造速度为100毫米/分钟、冷却水压力为0.6MPa的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒先加热至410℃保温1.5小时，接着继续加热到560℃保温4.5小时，进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热至495℃，在挤压速度为5.5米/分钟、挤压比为90的条件下挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到所述铝合金。
对比例2：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 4.6％，Mn 0.9％，Cr 0.15％，Er0.15％，Sc 0.03％，Ti 0.015％，B 0.003％，Fe 0.14％，Si 0.07％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；其制备和挤压方法包括以下步骤：
第一步：选用铝含量99.8％的铝锭、镁含量99.95％的镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝作为原材料；
第二步：将铝锭在740℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为4.6％的镁锭、4.5％的AlMn20合金、1.5％的AlCr10合金、3％的AlEr5合金、0.6％的AlSc5合金和0.15％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.3％的无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼20分钟，扒渣后静置30分钟；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.3％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为250转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的除气机和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液在铸造温度为700℃、铸造速度为120毫米/分钟、冷却水压力为0.5MPa的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒先加热至420℃保温1小时，接着继续加热到555℃保温5小时，进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热至500℃，在挤压速度为6米/分钟、挤压比为100的条件下挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到所述铝合金。
对比例3：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 5.4％，Mn 0.6％，Cr 0.25％，Ce0.05％，Er 0.2％，Sc 0.05％，Ti 0.01％，B 0.002％，Fe 0.12％，Si 0.6％，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％；其制备和挤压方法包括以下步骤：
第一步：选用铝含量99.85％的铝锭、镁含量99.99％的镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和Ce含量99.7％的富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在760℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.4％的镁锭、3％的AlMn20合金、2.5％的AlCr10合金、4％的AlEr5合金、1％的AlSc5合金和0.05％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.3％的无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼10分钟，扒渣后静置40分钟；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.2％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为350转/分钟、氩气流量为1立方米/小时的除气机和孔隙度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液在铸造温度为720℃、铸造速度为80毫米/分钟、冷却水压力为0.8MPa的条件下半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒先加热至400℃保温2小时，接着继续加热到565℃保温4小时，进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热至490℃，在挤压速度为5米/分钟、挤压比8的条件下挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到所述铝合金。
按国家标准GB/T16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》，分别将实施例1～3和对比例1～3挤压的铝合金加工成标准拉伸试样，在HGF-500型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，检测铝合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率，检测结果如表1所示。
表1实施例和对比例铝合金的拉伸力学性能
在实施例1～3和对比例1～3挤压的铝合金上取样，试样经磨制、抛光和腐蚀后，在LEICA-300型金相显微镜下对铝合金挤压方向的显微组织进行观察，检测结果如表2所示。
按国家标准GB/T4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法》，分别将实施例1～3和对比例1～3挤压的铝合金加工成标准试样，在GJJH-550型断裂试验上进行平面应变断裂韧度KIC试验，检测铝合金的断裂韧性，检测结果如表2所示。
按国家标准GB/T22640-2008《铝合金加工产品的环形试样应力腐蚀试验方法》，分别将实施例1～3和对比例1～3挤压的铝合金加工成标准试样，在GYG-400型应力腐蚀试验机上进行C环应力腐蚀试验，应力为400MPa，检测铝合金的抗应力腐蚀性能，检测结果如表2所示。
表2实施例和对比例铝合金的显微组织、抗断裂韧性和抗应力腐蚀性能
从表1和表2可看到，实施例1～3的铝合金沿挤压方向上均为单相纤维晶组织，铝合金的抗拉强度大于350MPa，屈服强度大于300MPa，断后伸长率大于15％，断裂韧度KIC大于45MPa·m1/2，抗应力腐蚀试验大于50天，铝合金具有强度高、塑性好以及优良的断裂韧性和抗腐蚀性能。
对比例1的铝合金与由于没有添加Cr元素对富Fe相进行细化变质处理，对比例2的铝合金与由于没有添加Ce元素对续网状Mg2Al3相进行细化变质处理，对比例2的铝合金与由于Er与Sc的质量比不是5:1，导致铝合金的强度、塑性、断裂韧性和抗腐蚀性能都较低。

Claims (9)

1.一种高强韧抗腐蚀的铝合金，其特征在于：该铝合金由以下质量百分比的成分组成：Mg 4.6～5.4％，Mn 0.6～0.9％，Cr 0.15～0.25％，Ce 0.05～0.15％，Er 0.15～0.25％，Sc 0.03～0.05％，Ti 0.01～0.015％，B 0.002～0.003％，Fe≤0.2％，Si≤0.1％，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Er与Sc的质量比为5:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
2.一种如权利要求1所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：选用铝锭、镁锭、AlMn20合金、AlCr10合金、AlEr5合金、AlSc5合金、AlTi5B1合金丝和富Ce稀土作为原材料；
第二步：将铝锭在740～760℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为4.6～5.4％的镁锭、3～4.5％的AlMn20合金、1.5～2.5％的AlCr10合金、3～5％的AlEr5合金、0.6～1％的AlSc5合金和0.05～0.15％的富Ce稀土，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用无钠精炼剂和氩气对铝合金液进行喷吹精炼，扒渣后静置一定时间；
第四步：将铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.2～0.3％的AlTi5B1合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将在线除气过滤后的铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；
第七步：将铝合金圆棒加热均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将均匀化处理的铝合金圆棒加热挤压成形，然后穿水冷却至室温，得到高强韧抗腐蚀的铝合金。
3.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第一步中，铝锭的铝含量≥99.7％，镁锭的镁含量≥99.9％，富Ce稀土的Ce含量≥99.5％。
4.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第二步中，无钠精炼剂是指不含NaCl、NaF、Na2CO3钠盐的精炼剂。
5.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第二步中，对铝合金液喷吹精炼的时间是10～20分钟，扒渣后静置时间是30～40分钟。
6.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第五步中，除气机的石墨转子旋转速度为250～350转/分钟、氩气流量为1～2立方米/小时，泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为50～60ppi。
7.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第六步中，铝合金液半连续铸造的条件是铸造温度为700～720℃，铸造速度为80～120毫米/分钟，冷却水压力为0.5～0.8MPa。
8.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第七步中，均匀化处理是将铝合金圆棒先加热至400～420℃保温1～2小时，接着继续加热到555～565℃保温4～5小时。
9.根据权利要求2所述高强韧抗腐蚀的铝合金的制备和挤压方法，其特征在于：上述第八步中，挤压是指将铝合金圆棒先加热至490～500℃，然后在挤压速度为5～6米/分钟、挤压比为80～100条件下进行挤压成形。
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