CN111155003A - 一种高强韧性高镁铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种高强韧性高镁铝合金及其制备方法。本发明提供的高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg 5.54～6.80％、Mn 0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。本发明严格控制各元素的含量，在铝合金中添加适量质量百分比的Zr、Er稀土元素后，再通过控制Mg元素在铝合金中的质量百分数，使Mg元素高效的与稀土元素发生相互作用，提升Al‑Mg‑Mn‑Zr‑Er多元体系铝合金的强韧性匹配。本发明提供的高强韧铝合金，Mg含量在5.54～6.80％时，相较于现有技术，铝合金综合力学性能显著改善。

Description

一种高强韧性高镁铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种高强韧性高镁铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金为中强合金，虽然具有钢铁无法比拟的优异性能，但其强度不高的问题很大程度上制约了铝合金的应用。其中，Al-Mg合金中的主要合金元素是Mg元素，Mg元素通过固溶作用可显著改善铝合金的性能，由于Mg元素较基体Al元素轻，固溶在基体后，通过固溶强化能够改善铝合金的力学性能，这是由于，Mg元素在铝合金中能够形成β相(Mg2Al3或Mg5Al8)，当镁含量升高至3.5％以上时，β相有可能沿着晶界或亚晶界析出，β相优先在晶界处析出时，在富含Al的固溶体的晶界处形成连续网状物，进而阻碍位错运动，起到弥散强化作用。
但是，随着镁含量升高，合金强度随之提高，韧性和塑性却会下降。大部分工业用铝合金中Mg的含量均小于5.5％。当Mg的含量小于5.5％时，铝合金的焊接裂纹倾向随镁含量的增加而降低，当Mg的含量大于5.5％时，含Mg的铝合金会非常脆，其焊接裂纹倾向也随镁含量的增加而增加，一般没有办法使用。
而且，由于Al-Mg系铝合金属于不可热处理强化的合金，为了进一步提高Al-Mg合金的性能，一般采用加工硬化或微合金化的方法来提升其性能。Er是一种非常理想的微合金化元素，其在铝合金中的强化机理与Sc在铝合金中的强化机理十分相似，Er元素添加到纯铝和Al-Mg合金中可显著细化合金铸态晶粒的大小，并在合金中形成Al3Er纳米级粒子，合金变形加工时能够实现钉扎亚晶界和阻碍位错运动的效果，进而提高合金强度。当Er和Zr以适当比例复合添加时能产生更为优异的性能。但现有技术中，即使向铝合金中添加贵重的Er和Zr微合金元素，Al-Mg系铝合金仍存在强韧性匹配度不高的技术问题。其中，当向Al-3～5Mg-0.5～0.6Mn铝合金体系中添加稀土元素Er和Zr，形成多元体系Al-3～5Mg-0.5～0.6Mn-Er-Zr铝合金，其抗拉强度仅为200MPa，屈服强度仅为130MPa，延伸率仅为12％，强韧性匹配低。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强韧性高镁铝合金及其制备方法。本发明提供的铝合金在Mg的质量百分比为5.54～6.80％时，在保持相当强度的前提下，显著提高了铝合金的塑性，强韧性匹配度高。
为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg5.54～6.80％、Mn 0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。
优选的，所述的高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg 5.70％、Mn0.56％、Zr 0.14％、Er 0.30％、Si 0.23％、Fe 0.16％和余量的Al。
本发明提供了上述技术方案所述的高强韧性高镁铝合金的制备方法，包括以下步骤：
将铝源、镁源、锰源、锆源和铒源进行熔炼，得到熔炼铝合金液；
将所述熔炼铝合金液进行精炼，得到精炼铝合金液；
将所述精炼铝合金液进行铸造，得到铸态铝合金；
将所述铸态铝合金进行均匀化退火处理，得到所述高强韧性高镁铝合金；
所述均匀化退火处理包括：在310～330℃条件下保温20h～22h，然后在440～460℃条件下保温18h～20h。
优选的，所述熔炼包括以下步骤：
将铝源和锰源在第一温度下加入第一覆盖剂，进行第一保温，得到初始铝合金液；
将所述初始铝合金液、锆源和铒源在第二温度下加入第二覆盖剂，进行第二保温，得到过渡铝合金液；
将所述过渡铝合金液和镁源在第三温度下加入第三覆盖剂，进行第三保温，得到熔炼铝合金液。
优选的，所述精炼包括以下步骤：
将所述熔炼铝合金液在第四温度下加入精炼剂，进行第四保温，得到精炼铝合金液。
优选的，所述铸造包括以下步骤：
将所述精炼铝合金液在第五温度下进行第五保温后浇注，得到所述铸态铝合金。
优选的，所述第一温度为720～760℃，第一保温时间为15～20min；所述第二温度为760～770℃，第二保温时间为30～35min；所述第三温度为700～710℃，第三保温时间为25～35min；所述第四温度为760～770℃，第四保温时间为5～10min；所述第五温度为710～720℃，第五保温时间为20～25min。
优选的，所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂独立的为CaF2、MgCl2和MgF2的混合物或CaF2、MgCl2和CaCl2的混合物；所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂的加入量独立的为铝源质量的0.3～0.4％。
优选的，所述精炼剂为C2Cl6，所述精炼剂的加入量为铝源质量的0.3～0.4％。
优选的，所述铸造用模具经涂料刷涂后使用，所述涂料为ZnO、Na2SiO3和H2O，所述ZnO、Na2SiO3和H2O的质量比为2:1:7。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg5.54～6.80％、Mn0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。本发明提供的高强韧性高镁铝合金，通过严格控制各元素的含量，在铝合金中添加适量质量百分比的Zr、Er稀土元素后，再通过控制Mg元素在铝合金中的质量百分数，使Mg元素高效的与稀土元素发生相互作用，在铝合金组织中不仅实现了Mg元素充分地固溶到铝的基体中，实现固溶强化的作用，而且形成了L12结构的Al3(ZrxEr1-x)粒子相，该粒子相主要由Al、Er及Zr元素构成，粒子相尺寸在5～20nm之间，且均匀弥散分布于Al基体中，与基体呈现一定的共格关系。由于Al3(ZrxEr1-x)粒子相结构为立方晶系，属于Pm3m空间群，具有熔点高、稳定性强的特点，显著提升了Al-Mg-Mn-Zr-Er多元体系铝合金的强韧性。本发明提供的高强韧铝合金，Mg含量在5.54～6.80％时，相较于现有技术，铝合金综合力学性能显著改善，在Mg含量为5.54～6.80％时，铝合金的抗拉强度为255.4～261.5MPa，屈服强度为140.6～165.4MPa，延伸率为12.5～17.6％，强韧性匹配度高。。
附图说明
图1为实施例1制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相TEM图；
图2为实施例1制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相高分辨结构TEM图；
图3为实施例2制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相TEM图；
图4为实施例2制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相高分辨结构TEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg5.54～6.80％、Mn 0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括5.54～6.80％的Mg，进一步优选为5.64～5.80％，更优选为5.70％。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括0.50～0.60％的Mn，进一步优选为0.52～058％，更优选为0.56％。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括0.12～0.16％的Zr，进一步优选为0.13～0.15％，更优选为0.14％。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括0.30～0.36％的Er，进一步优选为0.30～0.32％，更优选为0.30％。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括≤0.3％的Si，更优选为0.23％。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括≤0.2％的Fe，更优选为0.16％。
按质量百分比计，本发明提供的高强韧性高镁铝合金包括余量的Al。
在本发明中，所述高强韧性高镁铝合金中的Si和Fe为杂质元素，在所述高强韧性高镁铝合金的制备过程中不可避免存在。在本发明中，所述Si可以与Mg形成Mg2Si的强化相，对高镁铝合金强度性能的提高有帮助，所述Fe对高镁铝合金的性能有不利影响。
本发明在铝合金中添加适量质量比例的Zr、Er稀土元素后，再通过控制Mg元素在铝合金中的质量百分比，使Mg元素高效的与稀土元素发生相互作用，在铝合金组织中形成L12结构的Al3(ZrxEr1-x)粒子相，该粒子相主要由Al、Er及Zr元素构成，粒子相尺寸在5～20nm之间，且均匀分布于Al基体中，与基体呈现一定的共格关系。由于Al3(ZrxEr1-x)粒子相结构为立方晶系，属于Pm3m空间群，具有熔点高、稳定性强的特点，显著提升了Al-Mg-Mn-Zr-Er多元体系铝合金的强韧性，强韧性匹配度高。
本发明提供了上述技术方案所述的高强韧性高镁铝合金的制备方法，包括以下步骤：
将铝源、镁源、锰源、锆源和铒源进行熔炼，得到熔炼铝合金液；
将所述熔炼铝合金液进行精炼，得到精炼铝合金液；
将所述精炼铝合金液进行铸造，得到铸态铝合金；
将所述铸态铝合金进行均匀化退火处理，得到所述高强韧性高镁铝合金；
所述均匀化退火处理包括：在310～330℃条件下保温20～22h，然后在440～460℃条件下保温18～20h。
本发明对所述铝源、镁源、锰源、锆源和铒源的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的合金原料以能得到目标组分的铝合金为准。在本发明中，所述铝源和镁源分别优选采用99.99％工业纯铝和纯镁，所述锰源、锆源和铒源分别优选采用Al-10％Mn中间合金、Al-10％Zr中间合金和Al-6％Er中间合金。在本发明中，所述铝源或镁源中含有少量的Fe和Si。
在本发明中，所述熔炼优选包括以下步骤：
将铝源和锰源在第一温度下加入第一覆盖剂，进行第一保温，得到初始铝合金液；
将所述初始铝合金液、锆源和铒源在第二温度下加入第二覆盖剂，进行第二保温，得到过渡铝合金液；
将所述过渡铝合金液和镁源在第三温度下加入第三覆盖剂，进行第三保温，得到熔炼铝合金液。
在本发明中，将铝源和锰源在第一温度下加入第一覆盖剂，进行第一保温，得到初始铝合金液；所述第一温度优选为720～760℃，进一步优选为735～745℃，所述第一保温时间优选为15～20min，进一步优选为16.5～17min。在本发明中，所述第一保温过程中，对所述初始铝合金液进行搅拌处理，使熔体内部温度和成分更加均匀。本发明对所述搅拌处理的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的机械搅拌即可。
得到初始铝合金液后，将所述初始铝合金液、锆源和铒源在第二温度下加入第二覆盖剂，进行第二保温，得到过渡铝合金液；在本发明中，所述第二温度优选为760～770℃，进一步优选为765～768℃；所述第二保温时间优选为30～35min；进一步优选为32～34min。
得到过渡铝合金液后，将所述过渡铝合金液和镁源在第三温度下加入第三覆盖剂，进行第三保温，得到熔炼铝合金液；在本发明中，所述第三温度优选为700～710℃，第三保温时间优选为25～35min。
在本发明中，所述熔炼中的第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂独立的优选为CaF2、MgCl2和MgF2的混合物或CaF2、MgCl2和CaCl2的混合物；当所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂独立的优选为CaF2、MgCl2和MgF2的混合物时，所述CaF2、MgCl2和MgF2的质量比优选为12：71：17；当所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂独立的优选为CaF2、MgCl2和CaCl2的混合物时，所述CaF2、MgCl2和CaCl2的质量比优选为12：71：17。在本发明中，所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖的加入量独立的为铝源质量的0.3～0.4％，进一步优选为0.32～0.38％。
得到熔炼铝合金液后，本发明将所述熔炼铝合金液进行精炼，得到所述精炼铝合金液。
在本发明中，所述精炼优选包括以下步骤：
将所述熔炼铝合金液在第四温度下加入精炼剂，进行第四保温，得到精炼铝合金液。
在本发明中，所述第四温度优选为760～770℃，第四保温时间优选为5～10min，所述精炼剂优选为C2Cl6，所述精炼剂的加入量优选为铝源质量的0.3～0.4％，进一步优选为0.32～0.38％。
在本发明中，对所述熔炼和精炼的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的熔炼和精炼的设备即可，在本发明的实施例中，优选采用中频感应电阻炉进行熔炼和精炼。
得到精炼铝合金液，本发明将所述精炼铝合金液进行铸造，得到所述铸态铝合金。
在本发明中，所述铸造优选包括以下步骤：
将所述精炼铝合金液在第五温度下进行第五保温后浇注，得到所述铸态铝合金。
在本发明中，所述第五温度优选为710～720℃，第五保温时间优选为20～25min。在本发明中，所述铸造用模具优选经涂料刷涂后使用，所述涂料优选为ZnO、Na2SiO3和H2O，其中ZnO、Na2SiO3和H2O的质量比优选为2:1:7。
在本发明中，优选将模具预热至200～220℃时，对精炼合金液进行进行浇注，待铸锭冷却至室温后去除模具。本发明中模具尺寸优选为Ф65×180mm，浇铸出铸棒尺寸优选为Φ27×175mm。本发明对所述浇注的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
在本发明中，将所述精炼铝合金液在第五温度下进行第五保温后，还优选对所述精炼铝合金液进行扒渣处理后，再进行浇注。所述扒渣处理能够去除所述精炼铝合金液中的杂质成分。本发明对所述扒渣处理的操作过程没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的扒渣处理即可。
得到铸态铝合金后，本发明将所述铸态铝合金进行均匀化退火处理，得到高强韧性高镁铝合金；
所述均匀化退火处理包括：在310～330℃条件下保温20～22h，然后在440～460℃条件下保温18～20h。
在本发明中，所述均匀化退火处理优选采用SX2-10-12箱式电阻炉进行，(控温精度为±5℃)。在本发明中，所述均匀化退火处理的工艺优选为：在310～330℃条件下保温20～22h，然后在440～460℃条件下保温18～20h。本发明对所述采用SX2-10-12箱式电阻炉进行均匀化退火处理的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
本发明通过均匀化退火处理工艺，进一步使Al-Mg-Mn-Zr-Er多元体系铝合金中的稀土元素与Mg元素的相互作用充分发挥出来，有助于提高铝合金强韧性。在均匀化退火前，Er、Mg元素存在严重偏析，并且经常“相伴偏聚”，Er主要以Al(ErxMg1-x)粗大复合相的形式存在；通过控制两阶段均匀化退火处理的工艺条件，在合金中析出了纳米级Al3(ZrxEr1-x)粒子，与基体Al形成基本完全共格的关系，并且均匀分布于Al基体中，使得合金具有最佳的抗拉强度(强度指标)和延伸率(韧性指标)匹配。此外，本发明通过均匀化退火可在保证合金抗拉强度及延伸率的基础上，显著提高合金的屈服强度和显微硬度。
均匀化退火处理后，本发明优选将得到的铝合金空冷至室温，得到高强韧性高镁铝合金。本发明对所述空冷至室温的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的实施方式即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的高强韧性高镁铝合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1.所制备的高镁铝合金成分按质量百分比为：Mg 5.54％、Mn 0.50％、Zr 0.12％、Er：0.36％、Si：0.23％、Fe:0.16％，余量为Al进行配比；
2.制备步骤如下：
(1)原材料的配制：基体元素Al以纯度为99.9％的铝锭形式加入，Mg以纯度为99.9％的镁锭形式加入，Mn以Al-10Mn中间合金的形式加入，Zr以Al-10％Zr中间合金的形式加入，Er以Al-6％Er中间合金的形式加入。
(2)合金的熔炼、精炼和铸造
采用中频感应电阻炉熔炼和精炼，将铝锭和Al-10Mn中间合金入炉熔炼，熔炼温度为720℃，铝锭和Al-10Mn中间合金软塌后加覆盖剂保护，覆盖剂配方按重量百分数为CaF212％，MgCl271％，MgF217％进行配比，覆盖剂的用量为铝锭质量的0.3％，保温35min，得到初始铝合金液，保温过程中，搅拌初始铝合金液，使熔体内部温度和成分均匀；将初始铝合金液加热至760℃时加入Al-10％Zr和Al-6％Er中间合金，融化后加入覆盖剂(同上)，保温时间30min，得到过渡铝合金液，再将过渡铝合金液降温至710℃，加入镁锭，至镁锭完全融化后加入覆盖剂(同上)，保温时间35min得到熔炼铝合金液；将所得熔炼铝合金液升温至760℃，加入C2Cl6精炼剂进行精炼和脱气，C2Cl6精炼剂的用量为铝锭质量的0.3％，得到精炼铝合金液，将熔炼铝合金液降温至710℃后保温25min后扒渣，准备浇铸。装好模具，模具内表面刷涂料，将模具预热至220℃后进行浇注，待铸锭冷却至室温后去除模具，得到铸态铝合金，其中，模具尺寸为Ф65×180mm，浇铸出铸态铝合金铸棒尺寸为Φ27×175mm。
(3)均匀化退火
将得到的铸态铝合金铸棒，用电阻炉进行均匀化退火处理，退火工艺为在320℃保温20h，然后在450℃条件下保温20h，最后空冷至室温，得到高强韧性高镁铝合金。
图1为本施例制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相TEM图，图2为本施例制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相高分辨结构TEM图。从图1和图2中可以得出，Mg元素的质量含量为5.54％时，经均匀化退火后，铝合金组织中析出了较多圆形、尺寸为10～20nm的相粒子，经过EDS成份分析表明，粒子相主要由Al、Er及Zr元素构成，为L12结构的Al3(ZrxEr1-x)相，且均匀分布于Al基体中，与基体呈现一定的共格关系，该粒子结构为立方晶系，属于Pm3m空间群，具有熔点高、稳定性强的特点。
实施例2
1.所制备的高镁铝合金成分按质量百分比为：Mg 5.70％、Mn 0.56％、Zr 0.14％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe:0.16％，余量为Al进行配比；
2.制备步骤如下：
(1)原材料的配制：基体元素Al以纯度为99.9％的铝锭形式加入，Mg以纯度为99.9％的镁锭形式加入，Mn以Al-10Mn中间合金的形式加入，Zr以Al-10％Zr中间合金的形式加入，Er以Al-6％Er中间合金的形式加入。
(2)合金的熔炼、精炼和铸造
采用中频感应电阻炉熔炼和精炼，将铝锭和Al-10Mn中间合金入炉熔炼，熔炼温度为760℃，铝锭和Al-10Mn中间合金软塌后加覆盖剂保护，覆盖剂配方按重量百分数为CaF212％，MgCl271％，CaCl217％进行配比，覆盖剂的用量为铝锭质量的0.4％，保温30min，得到初始铝合金液，保温过程中，搅拌初始铝合金液，使熔体内部温度和成分均匀；将初始铝合金液加热至760℃时加入Al-10％Zr和Al-6％Er中间合金，融化后加入覆盖剂(同上)，保温时间30min，得到过渡铝合金液，再将过渡铝合金液降温至700℃，加入镁锭，至镁锭完全融化后加入覆盖剂(同上)，保温时间35min得到熔炼铝合金液；将所得熔炼铝合金液升温至760℃，加入C2Cl6精炼剂进行精炼和脱气，C2Cl6精炼剂的用量为铝锭质量的0.3％，得到精炼铝合金液，将熔炼铝合金液降温至710℃后保温25min后扒渣，准备浇铸。装好模具，模具内表面刷涂料，将模具预热至220℃后进行浇注，待铸锭冷却至室温后去除模具，得到铸态铝合金，其中，模具尺寸为Ф65×180mm，浇铸出铸态铝合金铸棒尺寸为Φ27×175mm。
(3)均匀化退火
将得到的铸态铝合金铸棒，用电阻炉进行均匀化退火处理，退火工艺为在330℃保温20h，然后在440℃条件下保温20h，最后空冷至室温，得到高强韧性高镁铝合金。
图3为本施例制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相TEM图，图4为本施例制备得到高强韧性高镁铝合金产品的析出相高分辨结构TEM图。从图3中可以得出，Mg元素的质量含量为5.70％时，经均匀化退火后，铝合金组织中同样析出了Al3(ZrxEr1-x)纳米级粒子，粒子尺寸在5～20nm之间，且与实施例1的TEM图比较可知，本实施例制备得到的铝合金产品的组织结构中Al3(ZrxEr1-x)粒子数量明显增多，且排列成链状分布在Al基体中，图4为图3中的纳米粒子高分辨TEM图，可明显得出此粒子几乎同Al基体成完全共格关系，对合金力学性能起到显著改善作用。
实施例3
1.所制备的高镁铝合金成分按质量百分比为：Mg 6.80％、Mn 0.50％、Zr 0.16％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe:0.16％，余量为Al进行配比；
2.制备步骤如下：
步骤(1)和(2)同实施例1。
(3)均匀化退火
将得到的铸态铝合金铸棒，用电阻炉进行均匀化退火处理，退火工艺为在310℃保温20h，然后在460℃条件下保温20h，最后空冷至室温，得到高强韧性高镁铝合金。
对比例1
按照实施例1的方式配置原料，在制备过程中不进行均匀化退火处理，得到铝合金。
对比例2
按照实施例3的方式配置原料，在制备过程中不进行均匀化退火处理，得到铝合金。
对比例3
按照实施例1的方式制备铝合金，区别在于铝合金成分按质量百分比为Mg3.91％、Mn 0.60％、Zr 0.14％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe 0.16％和余量为Al进行配置。
对比例4
按照实施例1的方式制备铝合金，区别在于铝合金成分按质量百分比为Mg4.52％、Mn 0.56％、Zr 0.16％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe 0.16％和余量为Al进行配置。
对比例5
按照实施例2的方式制备铝合金，区别在于铝合金成分按质量百分比为Mg5.15％、Mn 0.50％、Zr 0.16％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe 0.16％和余量为Al进行配置。
对比例6
按照实施例2的方式制备铝合金，区别在于铝合金成分按质量百分比为Mg8.00％、Mn 0.50％、Zr 0.16％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe 0.16％和余量为Al进行配置。
对比例7
按照实施例2的方式制备铝合金，区别在于铝合金成分按质量百分比为Mg9.28％、Mn 0.50％、Zr 0.16％、Er：0.30％、Si：0.23％、Fe 0.16％和余量为Al进行配置。
测试例1
采用Instron 8801型材料试验系统对实施例1～3制备得到的高强韧性高镁铝合金和对比例1～7制备得到的的铝合金进行拉伸性能测试，拉伸试样按照《GBT16865-2013变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》中定标距法制备，标距为25mm，拉伸速率为2mm/min。用HV-1000硬度计测试维氏硬度，载荷为500g，持续15s。拉伸性能测试结果如表1所示。
表1实施例1～3制备得到的高强韧性高镁铝合金和对比例1～7制备得到的铝合金的力学性能
Figure BDA0002391644170000121
由表1可知，本发明实施例1～3制备得到的高强韧性高镁铝合金，添加特定量的稀土元素Zr和Er后，控制Mg元素的质量百分比为5.54％～6.80％时，经过均匀化退火处理，得到了优异的强度指标(包括抗拉强度、屈服强度和维氏硬度)和韧性指标(延伸率)。而对比例3～7制备得到的铝合金，添加特定量的稀土元素Zr和Er后，控制Mg元素的质量百分比不在5.54％～6.80％时，相同条件下(相同熔炼方法和退火工艺)所得的合金无法实现同时具有较高的强度指标和延伸率指标，即不具有好的强度和韧性匹配性。
由以上实施例可以看出，本发明严格控制各元素的含量，通过均匀化退火处理工艺提升铝合金的强韧性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg 5.54～6.80％、Mn 0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。
2.根据权利要求1所述的高强韧性高镁铝合金，按质量百分比计，包括Mg 5.70％、Mn0.56％、Zr 0.14％、Er 0.30％、Si 0.23％、Fe 0.16％和余量的Al。
3.权利要求1或2所述的高强韧性高镁铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝源、镁源、锰源、锆源和铒源进行熔炼，得到熔炼铝合金液；
将所述熔炼铝合金液进行精炼，得到精炼铝合金液；
将所述精炼铝合金液进行铸造，得到铸态铝合金；
将所述铸态铝合金进行均匀化退火处理，得到所述高强韧性高镁铝合金；
所述均匀化退火处理包括：在310～330℃条件下保温20h～22h，然后在440～460℃条件下保温18h～20h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼包括以下步骤：
将铝源和锰源在第一温度下加入第一覆盖剂，进行第一保温，得到初始铝合金液；
将所述初始铝合金液、锆源和铒源在第二温度下加入第二覆盖剂，进行第二保温，得到过渡铝合金液；
将所述过渡铝合金液和镁源在第三温度下加入第三覆盖剂，进行第三保温，得到熔炼铝合金液。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述精炼包括以下步骤：
将所述熔炼铝合金液在第四温度下加入精炼剂，进行第四保温，得到精炼铝合金液。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铸造包括以下步骤：
将所述精炼铝合金液在第五温度下进行第五保温后浇注，得到所述铸态铝合金。
7.根据权利要求4、5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第一温度为720～760℃，第一保温时间为15～20min；所述第二温度为760～770℃，第二保温时间为30～35min；所述第三温度为700～710℃，第三保温时间为25～35min；所述第四温度为760～770℃，第四保温时间为5～10min；所述第五温度为710～720℃，第五保温时间为20～25min。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂独立的为CaF2、MgCl2和MgF2的混合物或CaF2、MgCl2和CaCl2的混合物；所述第一覆盖剂、第二覆盖剂和第三覆盖剂的加入量独立的为铝源质量的0.3～0.4％。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述精炼剂为C2Cl6，所述精炼剂的加入量为铝源质量的0.3～0.4％。
10.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，所述铸造用模具经涂料刷涂后使用，所述涂料为ZnO、Na2SiO3和H2O，所述ZnO、Na2SiO3和H2O的质量比为2:1:7。
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