CN109735749A

CN109735749A - 一种Al-Mg-Mn-Er-Zr合金热轧板稳定化退火工艺

Info

Publication number: CN109735749A
Application number: CN201910045009.7A
Authority: CN
Inventors: 黄晖; 吴瑕; 高坤元; 文胜平; 贾延琳; 吴晓蓝; 魏午; 荣莉; 汪树林
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-05-10

Abstract

一种Al‑Mg‑Mn‑Er‑Zr合金热轧板稳定化退火工艺，属有色金属合金领域。先将铝合金铸锭置于280℃下保温8h，再升温至470℃保温10h。将均匀化热处理后的铸锭进行控温热轧至10mm以上，总变形量大于80％。将所得热轧板在250℃～270℃下进行稳定化退火。本发明所得合金具有较高的强度和较好的长期耐腐蚀性能及较长时间的力学稳定性，且具有良好的抗疲劳性能。

Description

一种Al-Mg-Mn-Er-Zr合金热轧板稳定化退火工艺

技术领域

本发明涉及一种Al-Mg-Mn-Er-Zr合金热轧板的稳定化工艺，属于有色金属合金技术领域。

技术背景

5xxx系铝合金属于变形铝合金中的铝镁合金，Al-Mg合金是铝合金中非常重要的结构材料，以其优良的耐蚀性能、焊接性能以及中等的力学性能而广泛应用用于航空、航天、船舶等领域。但是该合金不可热处理强化，主要通过固溶强化、加工硬化和微合金化的手段来提高该系合金的综合性能，一般的使用状态为退火态或变形加稳定化态等。生产船用Al-Mg系合金的关键，一是保证晶界没有β相连续沉淀，这可采用降低Mg含量(≤3％)来抑制β相沉淀的方法；二是促进β相的均匀沉淀，这可采用稳定化退火，以保证β相的均匀沉淀。但是方法一与要求合金具有高的强度相冲突，因此，对于含Mg量较高的合金(4～8％)，国内外均采用后一种方法。将Er、Zr元素复合添加到Al基体中，是提高铝合金综合性能的一种有效方法。Er、Zr元素会与Al基体结合形成Al₃(Er,Zr)弥散相，达到提高合金弥散强化和再结晶温度的作用。同时，Al₃(Er,Zr)粒子在轧制过程中会进一步阻碍合金的回复和再结晶，提高合金的力学性能。

传统热轧工艺下的成型板材具有较高的强度但是没有检验材料的长期耐腐蚀性能。因此，需要对长期使用过程中腐蚀性能下降的板材进行稳定化退火，可以使β相在晶界处断续析出，从而获得力学性能和长期耐腐蚀性能良好的含Er铝合金板材。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于Al-4.64Mg-0.72Mn-0.19Er-0.14Zr的合金热轧板材的稳定化工艺，通过微合金化使基体析出细小的弥散相，配合稳定化退火工艺，可以使材料内部形成较多的亚晶组织，从而获得屈服强度、延伸率和长期耐腐蚀性能良好的含Er铝合金板材。

本发明提供的含Er铝合金板材的稳定化工艺，包括以下步骤：

(1)合金成分范围为(质量百分比)：Mg，4％-5％；Mn，0.7％-1.0％；Er，0.03％-0.3％；Zr，0.03％-0.3％；杂质含量不超过0.5％，余量为Al；对合金铸锭进行280℃保温8h，再升温至470℃保温10h的双级均匀化退火，将均匀化热处理后的铸锭进行热轧，热轧温度为400℃～450℃，加热保温时间为2～3h，热轧总变形量大于80％，得到合金的热轧材料。对热轧材料在250℃～270℃下进行稳定化退火。

进一步优选稳定化退火工艺为对热轧材料在260℃下保温18h，经稳定化处理后的合金能获得良好的抗腐蚀性能和抗疲劳性能。

本发明的有益效果：

通过复合添加Er、Zr元素形成弥散细小的第二相，提高了合金的强度。同时Al₃(Er,Zr)粒子还能钉扎位错与晶界，阻碍回复和再结晶，提高合金的力学性能和热稳定性；钉扎在位错与晶界上的Al₃(Er,Zr)粒子与合金组织内部的位错、晶界、亚晶界的共同作用可以阻碍疲劳裂纹通过，从而提高合金的疲劳性能。经本发明稳定化处理后的铝合金板材能保留较高强度及良好的抗疲劳性能，同时避免了β相的连续析出，从而获得力学性能和长期耐腐蚀性能良好的含Er铝合金板材。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1(即对比例)：

对含Er铝合金(合金成分质量百分比：Mg，4.64％，Mn，0.72％，Er 0.19％，Zr0.14％，余量为Al)铸锭在进行280℃/8h保温，再升至470℃保温10h的双级均匀化退火后热轧，变形量大于80％。所得合金热轧板进行拉伸性能测试，结果如表1所示。

表1合金热轧板拉伸性能测试结果

实施例2：

对实施例1所得到的热轧板进行250℃～270℃不同时间稳定化退火，采用美国材料协会晶间腐蚀标准ASTM G67对退火后的合金进行晶间腐蚀测试。对在250℃～270℃不同时间退火后的合金进行100℃/168h的敏化处理，对敏化前后的合金进行晶间腐蚀测试，得到的失重值如表2所示。

表2合金热轧板材稳定化退火后腐蚀性能

由表2可以看出，在250℃下退火，失重值随退火时间延长逐渐从介敏区进入不敏感区，敏化后的失重值一直处于敏感区，48h后进入介敏区，整体呈下降趋势；在260℃下退火不同时间的失重值处于不敏感区，敏化后的失重值在18h后进入介敏感区；在270℃下退火不同时间的失重值处于不敏感区，敏化后的失重值在24h后进入介敏感区。

3)选取敏化前后晶间腐蚀性能都良好的稳定化退火区间即260℃/18～48h，对经过该稳定化工艺处理后的合金进行拉伸测试，结果如表3所示。

表3合金稳定化处理后的拉伸性能测试结果

实施例3：

对两种状态的合金统一选取115MPa的外加应力，在此条件下测试合金所能承受的最大循环次数，若合金试样循环至1×10⁷次后仍未断裂，则判定合金的疲劳极限高于115MPa。对热轧态及退火态合金同时进行条件应力疲劳测试，得到的结果如表4所示。

表4合金热轧板的疲劳性能

由表3可知在保证合金晶间腐蚀性能良好的前提下，对合金进行稳定化处理不会使合金强度明显下降，合金能够获得较高且稳定的强度。由表4可知合金经过稳定化处理后疲劳性能没有下降。

综上所述，合金经稳定化处理后，析出的细小的弥散相钉扎在位错及晶界上，阻碍了合金发生再结晶，合金强度不会明显下降。且稳定化处理能促进β相在晶内和晶界等处均匀断续的析出，提高了合金的抗腐蚀能力，合金的长期耐腐蚀性能较好。对于Al-4.64Mg-0.72Mn-0.19Er-0.14Zr的铝合金热轧板材的最佳稳定化工艺为260℃/18h。

Claims

1.一种Al-Mg-Mn-Er-Zr合金热轧板稳定化退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

合金成分范围为(质量百分比)：Mg，4％-5％；Mn，0.7％-1.0％；Er，0.03％-0.3％；Zr，0.03％-0.3％；杂质含量不超过0.5％，余量为Al；对合金铸锭进行280℃保温8h，再升温至470℃保温10h的双级均匀化退火，将均匀化热处理后的铸锭进行热轧，热轧温度为400℃～450℃，加热保温时间为2～3h，热轧总变形量大于80％，得到合金的热轧材料；对热轧材料在250℃～270℃下进行稳定化退火。

2.按照权利要求1所述的一种Al-Mg-Mn-Er-Zr合金热轧板稳定化退火工艺，其特征在于，对热轧材料在260℃下保温18h。