CN110066932B - 一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法，本发明涉及铝合金熔炼铸造领域，具体涉及一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法。本发明是要解决现有6XXX系铝合金合金强度和硬度较低，当采用其他元素改性时又会降低韧性、耐腐蚀性以及焊接性能的问题。铝合金按质量百分比由0.8～1.6％Mg、1.2～1.8％Si、0.4～1.2％Mn、0.1～0.7％Cu、0.3～0.8％Zn、0.1～0.5％Fe、0.1～0.5％Cr、0.01～0.06％稀土元素，余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成。方法：一、按照质量配比，熔炼铝合金；二、均匀化处理；三、热处理及热挤压。本发明用于改善6XXX铝合金综合性能。

Description

一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金熔炼铸造领域，具体涉及一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法。
背景技术
6xxx系铝合金应用最广、产量最大的铝合金，现有6xxx系铝合金已被应用于航空航天、武器装备、交通运输、电力等重要行业。然而随着应用范围的扩大，发现6xxx系铝合金的强韧性、焊接性以及耐腐蚀性受到了严峻的挑战。
6xxx系为Al-Mg-Si合金，是可沉淀强化的铝合金，主要的强化相为Mg2Si，然而目前6xxx系铝合金中合金元素含量较低，如Mg的含量为0.3％～1.2％；Si的含量为0.3％～1.7，因此，合金强度和硬度较低。例如6063铝合金挤压型材，T6状态下抗拉强度一般不高于260MPa；6061-T6的抗拉强度通常也低于290MPa。虽然可以添加锆、钒、硼、钛等元素进行铝合金改性，但是在铝合金提高强度后，韧性、耐腐蚀性以及焊接性能降低。
发明内容
本发明是要解决现有6xxx系铝合金合金强度和硬度较低，当采用其他元素改性时又会降低韧性、耐腐蚀性以及焊接性能的问题，而提供一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金及其制备方法。
本发明一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金按质量百分比由0.8～1.6％Mg、1.2～1.8％Si、0.4～1.2％Mn、0.1～0.7％Cu、0.3～0.8％Zn、0.1～0.5％Fe、0.1～0.5％Cr、0.01～0.06％稀土元素，余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成；其他不可避免的杂质元素的总质量不超过合金总质量的0.15％。
本发明一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼中间合金：按质量百分比0.8～1.6％Mg、1.2～1.8％Si、0.4～1.2％Mn、0.1～0.7％Cu、0.3～0.8％Zn、0.1～0.5％Fe、0.1～0.5％Cr、0.01～0.06％稀土元素和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属，其中Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为750～780℃，待纯铝锭熔化后保温20～40min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升10～20℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升10～20℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至720～740℃，加入稀土后进行精炼，在温度为720～740℃的条件下精炼10～40min，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；
二、均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；
三、热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到中强可焊耐蚀6xxx系铝合金。
本发明的有益效果是：
本发明通过调整合金元素含量，添加特殊稀土铒、镧和镥等，并采用二级时效方法，得到一种中等强度、高韧性、可焊性和耐腐蚀性等综合性能优异的6xxx系铝合金。T6状态的抗拉强度≥370MPa，屈服强度≥330MPa，断后伸长率≥10％；断后伸长率≥10％；基材硬度≥108HB；FSW和CMT焊焊接强度≥230MPa以上；基材、FSW、CMT焊接试样剥落腐蚀等级≤EA级。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金按质量百分比由0.8～1.6％Mg、1.2～1.8％Si、0.4～1.2％Mn、0.1～0.7％Cu、0.3～0.8％Zn、0.1～0.5％Fe、0.1～0.5％Cr、0.01～0.06％稀土元素，余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成；其他不可避免的杂质元素的总质量不超过合金总质量的0.15％。
本实施方式通过调节Mg和Si的元素含量、形成更多的Mg2Si淀相，增加沉淀强化效果。此外，通过添加Mn元素调控含Fe等不利于合金韧性的脆性相产生，并且形成Al5Mn5相，增加耐腐蚀特性的同时也改善塑性；通过添加稀土元素铒、镧和镥有三方面作用，第一、稀土元素具有强烈的细化晶粒作用，增加合金延展性和耐腐蚀性；第二、稀土元素与合金中多余的Si、Cu以及未充分沉淀的Mg元素形成细小弥散分布的强化相，进一步改善合金强度；第三、稀土元素能够在焊接过程中形成细小的难熔质点，改善焊接性能。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述稀土元素按质量百分比由为40～60％Er、25～35％La和5～15％Lu组成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：中强可焊耐蚀6xxx系铝合金按质量百分比由1.56％Mg、1.63％Si、1％Mn、0.5％Cu、0.6％Zn、0.45％Fe、0.26％Cr、0.05％稀土元素，余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成；其他不可避免的杂质元素的总质量不超过合金总质量的0.15％。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述中强可焊耐蚀6xxx系铝合金中Mg与Si的含量之和大于3％，其中Mg与Si的质量比为1:(0.9～1.2)。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述中强可焊耐蚀6xxx系铝合金中Fe与Mn的质量比为1:(0.3～0.5)。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼中间合金：按质量百分比0.8～1.6％Mg、1.2～1.8％Si、0.4～1.2％Mn、0.1～0.7％Cu、0.3～0.8％Zn、0.1～0.5％Fe、0.1～0.5％Cr、0.01～0.06％稀土元素和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属，其中Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为750～780℃，待纯铝锭熔化后保温20～40min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升10～20℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升10～20℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至720～740℃，加入稀土后进行精炼，在温度为720～740℃的条件下精炼10～40min，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；
二、均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；
三、热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到中强可焊耐蚀6xxx系铝合金。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤二中所述均匀化处理的处理温度为560～600℃，时间为8h；冷却方式为水雾冷却至100℃以下，水温为15～25℃。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤三中所述热挤压的温度为520～540℃。其他与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤三中所述在线淬火处理的冷却方式为水雾冷却，水温为15～25℃。其他与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤三中所述时效处理为双级时效，一级时效温度为200～220℃，时间为1～2h；二级时效温度为160℃，时效时间为5～7h。其他与具体实施方式六至九之一相同。
本实施方式中采用二级时效的主要原因是为了控制合金的析出顺序，使之发挥最佳的综合性能；一级时效温度为200～220℃，时间为1～2h，主要是为了使Mg2Si主要析出相弥散析出，减少稀土元素对Mg和Si元素的掠夺，优先发挥Mg2Si的强化效果，短时间是为了防止Mg2Si析出相过分长大；二级时效温度为160℃，时效时间为5～7h，主要目的一方面使剩余的Mg2Si持续析出，另一方面为稀土元素与Cu和剩余的Si元素形成析出相，进一步提高强化效果。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼中间合金：按质量百分比1.5％Mg、1.62％Si、0.7％Mn、0.55％Cu、0.6％Zn、0.25％Fe、0.25％Cr、0.04％稀土元素、和余量为Al进行备料，钛、钒、锡、铅等不可避免的杂质元素质量百分比总和为0.1％，得到待熔炼金属，其中Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为760℃，待纯铝锭熔化后保温40min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度升至780℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度升至790℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至720～740℃，加入稀土后进行精炼，在温度为730℃的条件下精炼20min，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；所述稀土元素按质量百分比由为55％Er、35％La和10％Lu组成；
二、均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；处理温度为560℃，时间为8h，冷却方式为水雾冷却至100℃以下，水温为20℃；
三、热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到中强可焊耐蚀6xxx系铝合金；挤压温度设定在530℃，随后对挤压型材进行在线淬火处理，冷却方式为水雾冷却，水温为20℃，最后进行时效处理；步骤三中时效过程为双级时效，一级时效温度为220℃，时间为1h；二级时效温度为160℃，时效时间为7h。
实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤一按质量百分比1.5％Mg、1.62％Si、0.7％Mn、0.55％Cu、0.6％Zn、0.25％Fe、0.25％Cr、0.04％稀土元素、和余量为Al进行备料；所述稀土元素按质量百分比由为50％Er、40％La和10％Lu组成；步骤三中时效过程为双级时效，一级时效温度为210℃，时间为1.5h；二级时效温度为160℃，时效时间为6h。
对比例1：
与实施例1不同的是该对比例合金制备过程中不添加稀土元素。
对比例2：
与实施例2不同是的该对比例中合金进一级时效，时效温度选择为160℃，保温时间为6h。
以下是实施例1、实施例2、对比例1和对比例2的试验结果：
表1实施例和对比例试验结果一览表
Figure BDA0002089007520000051
由上表试验数据可知，通过采用本发明的制备方法，具有本发明组分及含量的6xxx系铝合金，挤压热处理后的屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥370MPa，断后伸长率≥10％，且硬度≥105HB，剥落腐蚀级别均为≤EA级。
从实施例1～2可以看出，当镁、硅元素总质量分数大于3.0％之间，随着镁、硅元素总含量增大，合金的屈服强度均有所上升，断后伸长率稍有下降，硬度变化不大。
由实施例1与对比例1知，不添加稀土元素，强度和断后伸长率下降显著，同时硬度也有少许下降，剥落腐蚀性能明显降低。由实施例2与对比例2可知，若合金未经过200～220℃时效处理过程，则铝合金的综合性能明显下降，这主要是由于Mg2Si析出相析出不充分，导致强化效果不明显，造成综合性能降低。
综上，本发明通过调整6xxx铝合金元素配比、添加稀土元素组合、优化时效处理工艺制备出了一种中等强度、高韧、可焊、耐蚀综合性能优良的6xxx系铝合金。

Claims (4)

1.一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法，其特征在于中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼中间合金：按质量百分比1.56％Mg、1.63％Si、1％Mn、0.5％Cu、0.6％Zn、0.45％Fe、0.26％Cr、0.05％稀土元素和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属，其中Zn、Al、Mg采用纯锌锭、纯铝锭和纯镁锭，Si、Fe、Mn、Cu和Cr采用铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金和铝铬中间合金；将纯铝锭装炉，炉气温度设定为750～780℃，待纯铝锭熔化后保温20～40min进行扒渣，然后将铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金和纯镁锭按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升10～20℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升10～20℃后依次加入铝硅中间合金、铝铬中间合金和纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至720～740℃，加入稀土后进行精炼，在温度为720～740℃的条件下精炼10～40min，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；所述稀土元素按质量百分比由为40～60％Er、25～35％La和5～15％Lu组成；
二、均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；
三、热挤压及热处理：对均匀化后的铸锭进行热挤压，得到挤压型材，随后对挤压型材进行在线淬火处理，最后进行时效处理，得到中强可焊耐蚀6xxx系铝合金；所述时效处理为双级时效，一级时效温度为200～220℃，时间为1～2h；二级时效温度为160℃，时效时间为5～7h。
2.根据权利要求1所述的一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法，其特征在于步骤二中所述均匀化处理的处理温度为560～600℃，时间为8h；冷却方式为水雾冷却至100℃以下，水温为15～25℃。
3.根据权利要求1所述的一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法，其特征在于步骤三中所述热挤压的温度为520～540℃。
4.根据权利要求1所述的一种中强可焊耐蚀6xxx系铝合金的制备方法，其特征在于步骤三中所述在线淬火处理的冷却方式为水雾冷却，水温为15～25℃。
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Denomination of invention: A medium strong weldable corrosion resistant 6xxx series aluminum alloy and its preparation method

Effective date of registration: 20220923

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Pledgor: FUJIAN XIANGXIN SHARES Co.,Ltd.

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