CN110760723A - 一种铝镁硅铒锆合金及提高高温力学性能的制备工艺 - Google Patents
一种铝镁硅铒锆合金及提高高温力学性能的制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种铝镁硅铒锆合金及提高高温力学性能的制备工艺,属有色金属合金技术领域。合金成分:Mg:0.8~1.2%、Si:0.7~1.3%、Mn:0.4~0.9%、Cu:0.05~0.2%、Er:0.01~0.4%、Zr:0.01~0.4%,余量为Al;铸锭进行双级均匀化热处理,300℃±20℃保温8‑10h,再升至565℃±20℃保温6‑8h,或400℃±20℃保温8‑10h,再升至565℃±20℃保温6‑8h;进行变形加工,变形加工前先在485℃±20℃保温1h,变形量为90%;进行350℃±20℃保温3h退火处理与冷加工成型处理,随后进行固溶处理和时效处理。本发明所得合金材料具有好的常温及高温力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝镁硅铒锆合金及提高高温力学性能的制备工艺,属于有色金属合金技 术领域。
技术背景
用于汽车车体的铝合金主要有5000系、6000系和7000系三个系列,其中6000系铝镁硅合金为可热处理强化铝合金,具有中等强度、足够的韧性和良好的耐腐蚀性能、较好的加工性能和焊接性能等综合性能,因而常用在汽车应用方面,常用的有6A01、6008、6060、6061、6063、6082几个牌号。由于车辆在特定条件下会有短时高温的工作环境,那么对于 合金的高温力学性能及高温热稳定性标准有了更高的要求。
6000系铝合金的主要合金元素是Mg与Si,Mg和Si在Al基体中的固溶度随温度的变化而变化,合金固溶处理,温度升高,Mg和Si在Al基体的固溶度增加,高温保温一段时 间淬火处理,合金形成过饱和固溶体,时效处理处理过程中,Mg和Si从不稳定过饱和固溶 体中析出亚稳Mg2Si相和稳定的Mg2Si沉淀相,形成析出沉淀强化,即Al-Mg-Si系铝合金为 可热处理强化铝合金。与此同时,6000系铝合金可做为变形铝合金,即可通过铸轧、轧热、 冷轧、挤压、拉拔、锻造等加工变形方法生产板、管、带、棒、箔、线等型材,以及锻件等 铝型材半成品。
对于6000系铝合金来说,均匀化热处理是轧制成型前一项非常重要的热处理工艺,合 理的均匀化热处理可以消除合金铸锭中各元素的偏析,使合金成分均匀,并使树枝状的非平 衡凝固的共晶组织溶入基体。发明人发现通过在铝合金中复合添加稀土元素Er和Zr,能形 成Al3(Er,Zr)粒子,这些弥散粒子数量庞大,弥散粒子数密度大于1x108/mm2,这些弥散 粒子既能够起到强化合金的作用,又对晶体结构起到强烈的钉扎作用,提高合金再结晶温 度,大幅提高合金热稳定性,并且大幅提高合金在高温环境下的力学性能。
因此,针对微合金化Er和Zr元素的Al-Mg-Si合金,同时也需要通过均匀化热处理来 消除非平衡凝固的共晶组织,并在合金中析出细小弥散的Al3(Er,Zr)粒子来提高合金的高温 性能。除此之外,合适的时效工艺关系到合金板材最终的使用性能。本发明是在以上技术背 景基础,设计了与该合金成分相适应的材料制备的热处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝镁硅铒锆合金及提高高温力学性能的制备工艺。通过合适 的加工工艺,在合金晶内形成密度大于1x108/mm2的Al3(Er,Zr)弥散粒子,获得在高温下保 持优良力学性能的铝镁硅铒锆合金材料。
该铝镁硅铒锆合金材料质量百分含量为:Mg:0.8~1.2%、Si:0.7~1.3%、Mn:0.4~ 0.9%、Cu:0.05~0.2%、Er:0.01~0.4%、Zr:0.01~0.4%;不可避免杂质≤0.5%,余量为Al,其特征在于,包括以下步骤:
S1,均匀化热处理工艺;
S2,热加工工艺;
S3,中间退火+冷加工成形;
S4,选用步骤S2或者S3加工后的合金进行固溶+时效处理工艺;
其中,所述的步骤S1包括两种,第一种:将合金铸锭升温至300℃±20℃后保温8-10h 后,继续升温至565℃±20℃保温6-8h,空冷至室温;或第二种双级均匀化热处理:将合金 铸锭升温至400℃±20℃后保温8-10h后,继续升温至565℃±20℃保温6-8h。
其中优选第一种将合金铸锭升温至300℃±20℃后保温8-10h后,继续升温至565℃± 20℃保温6-8h,空冷至室温;合金组织中晶粒内部出现大量弥散分布的纳米级Al3(Er、Zr) 粒子,弥散粒子尺寸小于50nm,弥散粒子数密度大于1x108/mm2。
步骤S2选用对步骤S1加工后的合金,在485℃±20℃进行热轧,压下量大于90%,空 冷至室温。
步骤S3选用步骤S2加工后的合金,在350℃±20℃保温3h,再进行冷加工成形,空冷 至室温。
步骤S4选用步骤S2或者S3加工后的合金,固溶处理条件为:540℃±20℃下保温30min-60min,时效工艺为:175℃±10℃保温4~8h。优选针对S3加工后的合金。
本发明通过对不同加工工艺的铝镁硅铒锆合金板材进行从室温(293K)到高温(523K) 的拉伸和硬度实验,得出经过上述加工工艺,能够提高该合金在高温下的强度。本发明具有 以下有益效果:
本发明所提供的制备工艺能够提高该合金在高温下的强度。解决了铝镁硅铒锆合金在高 温环境强度损失的问题,使其在高温下有较高的力学性能,对铝镁硅铒锆合金在高温下的应 用具有很大的指导意义。
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
(1)按成分上限,制备质量分数为1.2%Mg、1.3%Si、0.9%Mn、0.2Cu、0.4%Er、0.4%Zr、 余量为Al的铝镁硅铒锆合金铸锭进行均匀化热处理,均匀化工艺为:①、单级均匀化热 处理:将合金铸锭升温至565℃后保温6h;②、双级均匀化热处理:将合金铸锭升温至 300℃后保温10h后,继续升温至565℃保温6h;③、双级均匀化热处理:将合金铸锭 升温至400℃后保温10h后,继续升温至565℃保温6h。对均匀化热处理后的样品进行残 余相的面积分数统计,统计结果见表1。其中优化出的均匀化工艺为②,并进行下述步骤 处理。
(2)经步骤(1)后对所得到的均匀化热处理后的铸锭进行热变形,工艺为:在485℃±20℃保温1h后,进行热轧,变形量大于90%,空冷至室温,在350℃±20℃保温3h,再 进行冷加工成型,空冷至室温。对成型的合金进行固溶时效处理,其工艺为:在540℃保温30min,水冷后,在175℃保温6h。
(3)对实施例1的板材沿轧向加工成拉伸试样,然后进行拉伸测试,测试温度均为293K(室温)、423K(150℃)、523K(250℃),温度误差±5K,423K拉伸前保温10h,523K 拉伸前保温1h,拉伸速率2mm/min,拉伸测试结果列于表2,拉伸测试的每个数值均为同条 件下3个试样测试值的平均值。
实施例2
(1)按成分中上限,制备质量分数为1.05%Mg、1.1%Si、0.7%Mn、0.15Cu、0.2%Er、 0.2%Zr、余量为Al的铝镁硅铒锆合金铸锭进行均匀化热处理,工艺与实施例1的步骤(1) 相同。
(2)经步骤(1)后对所得到的均匀化热处理后的铸锭进行热变形、冷加工成型、固溶 时效处理,工艺与实施例1的步骤(2)相同。
(3)对实施例2板材进行拉伸测试,测试方法同实施例1,拉伸测试结果列于表2。
实施例3
(1)按成分中下限,制备质量分数为0.9%Mg、0.9%Si、0.6%Mn、0.1Cu、0.1%Er、0.1%Zr、 余量为Al的铝镁硅铒锆合金铸锭进行均匀化热处理,工艺与实施例1的步骤(1)相同。
(2)经步骤(1)后对所得到的均匀化热处理后的铸锭进行热变形、冷加工成型、固溶 时效处理,工艺与实施例1的步骤(2)相同。
(3)对实施例3板材进行拉伸测试,测试方法同实施例1,拉伸测试结果列于表2。
实施例4
(1)按成分下限,制备质量分数为0.8%Mg、0.7%Si、0.4%Mn、0.05Cu、0.01%Er、0.01%Zr、 余量为Al的铝镁硅铒锆合金铸锭进行均匀化热处理,工艺与实施例1的步骤(1)相同。
(2)经步骤(1)后对所得到的均匀化热处理后的铸锭进行热变形、冷加工成型、固溶 时效处理,工艺与实施例1的步骤(2)相同。
(3)对实施例4板材进行拉伸测试,测试方法同实施例1,拉伸测试结果列于表2。
对比例1
(1)采用不含铒锆的铝镁硅合金中限成分设计对比例合金,材料质量百分含量为:1.0%Mg、1.0%Si、0.7%Mn、0.1Cu,余量为Al的铝镁硅合金铸锭,进行均匀化热处理,工 艺与实施例1的步骤(1)相同.
(2)经步骤(1)后对所得到的均匀化热处理后的铸锭进行热变形、冷加工成型、固溶 时效处理,工艺与实施例1的步骤(2)相同。
(3)对对比例1板材进行拉伸测试,测试方法同实施例1,拉伸测试结果列于表2。
表1结果显示,铝镁硅铒锆铝合金铸锭经过不同的均匀化热处理后,合金的组织均匀性 得到改善,树枝状和长条状的残余相变得细小而分散,使合金的加工性能明显提升,经过 300℃/10h+565℃/6h均匀化后残余相的面积分数最低。
表2结果显示,与对比例1进行比较,添加铒锆元素之后,铝合金室温力学性有、高温力学性能都有明显提升,室温拉伸强度及延伸率有明显提高。更为突出的是,添加铒锆元素之后,由于纳米级Al3(Er、Zr)粒子的钉扎作用,合金在高温暴露之后,力学性能得到有效保留。在523K热暴露1h后,实施例1铝镁硅铒锆铝合金强度下降仅为20%,而无铒锆元 素的对比例1合金强度下降40%。
表1合金均匀化后残余相的面积分数(area fraction%)
注:利用Image Pro软件,分别对铝合金铸锭和不同均匀化热处理后残余相面积分数的统计
表2.铝镁硅铒锆合金及不含铒锆合金的拉伸性能
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例, 熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替 换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种铝镁硅铒锆合金提高高温力学性能的制备工艺,其中合金成分:Mg:0.8~1.2%、Si:0.7~1.3%、Mn:0.4~0.9%、Cu:0.05~0.2%、Er:0.01~0.4%、Zr:0.01~0.4%,余量为Al的Er、Zr复合微合金化Al-Mg-Si合金,其特征在于,将稀土元素Er、Zr以微合金化的方式添加于铝合金中,并依次经过如下步骤处理:
S1,均匀化热处理工艺;
S2,热加工工艺;
S3,中间退火+冷加工成形;
S4,固溶+时效处理工艺。
2.按照权利要求1中所述一种铝镁硅铒锆合金提高高温力学性能的制备工艺,其特征在于:所述的步骤S1以先低温处理后高温处理为特征的均匀化工艺有两种:①双级均匀化热处理:将合金铸锭升温至300℃±20℃后保温8-10h后,继续升温至565℃±20℃保温6-8h,空冷至室温;或②双级均匀化热处理:将合金铸锭升温至400℃±
20℃后保温8-10h后,继续升温至565℃±20℃保温6-8h。
3.按照权利要求2中所述一种铝镁硅铒锆合金提高高温力学性能的制备工艺,其特征在于:步骤S1为将合金铸锭升温至300℃±20℃后保温8-10h后,继续升温至565℃
±20℃保温6-8h,空冷至室温;合金组织中晶粒内部出现大量弥散分布的纳米级Al3(Er、Zr)粒子,弥散粒子尺寸小于50nm,弥散粒子数密度大于1x108/mm2。
4.按照权利要求1中所述一种铝镁硅铒锆合金提高高温力学性能的制备工艺,其特征在于:所述制备工艺步骤S2,选用步骤S1处理后的合金,在485℃±20℃进行热变形,变形量大于90%。
5.按照权利要求1中所述一种铝镁硅铒锆合金提高高温力学性能的制备工艺,其特征在于:所述制备工艺步骤S3,选用步骤S2加工后的合金,在350℃±20℃保温3h,再进行冷加工成形,空冷至室温。
6.按照权利要求1中所述一种提高铝镁硅铒锆合金高温力学性能的制备工艺,其特征在于:所述制备工艺步骤S4,选用步骤S2或者S3加工后的合金,在540℃±20℃保温30min-60min,水冷后,在175℃±10℃保温4~8h。
7.按照权利要求1-6任一项所述的工艺得到的铝镁硅铒锆合金。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200207 |
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