CN111575558B - 一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，所述高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.2‑1.6％Mg、1.0‑1.5％Si、0.4‑0.6％Mn、Cu≤0.15％、Zn≤0.15％、Fe≤0.2％、0.7‑0.9％Cr、0.07‑0.09％Ca、0.06‑0.08％Ti，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；其中Mg/Si比例为1.12‑1.3，Cu、Zn和Fe元素质量分数之和≤0.28％；所述热处理方法包括：495‑508℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为1.8‑2.5％，自然时效12‑16h，人工时效160‑175℃/4h，200‑220℃/8h，第二次冷拉，拉伸率为0.3‑0.5％。

Description

一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法。

背景技术

6系铝合金应用最广、产量最大的铝合金，现有6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6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。

6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6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。

中国专利申请文献CN110066932A公开了一种中强耐腐蚀6系铝合金。本发明是要解决现有6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。但是其强度在某些特殊领域还是不够，因此需要一种高强耐腐蚀的铝合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，通过对原有配方的改进，不再使用稀土元素，而是对基本元素进行优化，同时配合热处理工艺，提升了耐腐蚀性能和力学性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，所述高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.2-1.6％Mg、1.0-1.5％Si、0.4-0.6％Mn、Cu≤0.15％、Zn≤0.15％、Fe≤0.2％、0.7-0.9％Cr、0.07-0.09％Ca、0.06-0.08％Ti，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；其中Mg/Si比例为1.12-1.3，Cu、Zn和Fe元素质量分数之和≤0.28％；所述热处理方法包括：495-508℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为1.8-2.5％，自然时效12-16h，人工时效160-175℃/4h，200-220℃/8h，第二次冷拉，拉伸率为0.3-0.5％。

进一步地，所述高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.4％Mg、1.2％Si、0.5％Mn、Cu0.10％、Zn0.10％、Fe0.05％、0.8％Cr、0.08％Ca、0.07％Ti，0.12％其他不可避免的杂质元素组成余量为Al。

进一步地，Mg/Si比例为1.16。

进一步地，503℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为2.1％。

进一步地，自然时效14h。

进一步地，人工时效170℃/4h，210℃/8h。

进一步地，第二次冷拉，拉伸率为0.4％。

进一步地，高强耐腐蚀6系铝合金的制备方法包括以下步骤(a)熔炼中间合金：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℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以1℃/min的速度升温至780℃，精炼10min，降温至720度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；(3)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高强耐腐蚀6系铝合金的的热处理方法。

进一步地，所述步骤二中所述均匀化处理的处理温度为560-600℃，时间为8h。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术不同，本发明的基础元素选用常见的元素，成本低廉。通过加入足量Cr的方式，可以进一步提高在6系合金体系中的耐腐蚀性，但是受到其影响，强度会有一定的减弱，因此通过加入Ca进行平衡元素，发现具有良好的平衡效果。本发明中还需要对Mg，Si的比例进行控制，从而进一步保证强度和耐腐蚀的平衡。本发明中的热处理方式采用两次冷拉的方式，可以针对本发明的配方合金，进一步提高强度。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，所述高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.2-1.6％Mg、1.0-1.5％Si、0.4-0.6％Mn、Cu≤0.15％、Zn≤0.15％、Fe≤0.2％、0.7-0.9％Cr、0.07-0.09％Ca、0.06-0.08％Ti，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；其中Mg/Si比例为1.12-1.3，Cu、Zn和Fe元素质量分数之和≤0.28％；所述热处理方法包括：495-508℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为1.8-2.5％，自然时效12-16h，人工时效160-175℃/4h，200-220℃/8h，第二次冷拉，拉伸率为0.3-0.5％。

高强耐腐蚀6系铝合金的制备方法包括以下步骤：(a)熔炼中间合金：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℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以1℃/min的速度升温至780℃，精炼10min，降温至720度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；(3)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高强耐腐蚀6系铝合金的的热处理方法。所述步骤二中所述均匀化处理的处理温度为560-600℃，时间为8h。

实施例1

一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，所述高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.4％Mg、1.2％Si、0.5％Mn、Cu0.10％、Zn0.10％、Fe0.05％、0.8％Cr、0.08％Ca、0.07％Ti，0.12％其他不可避免的杂质元素组成余量为Al；所述热处理方法包括：503℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为2.1％，自然时效14h，人工时效170℃/4h，210℃/8h，第二次冷拉，拉伸率为0.4％。

高强耐腐蚀6系铝合金的制备方法包括以下步骤：(a)熔炼中间合金：将纯铝锭装炉，炉气温度设定为770℃，待纯铝锭熔化后保温30min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15℃保温至中间合金及镁锭全部熔化后，再将炉气温度提升15℃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730℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以1℃/min的速度升温至780℃，精炼10min，降温至720度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；(3)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高强耐腐蚀6系铝合金的的热处理方法。所述步骤二中所述均匀化处理的处理温度为580℃，时间为8h。

实施例2

高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.6％Mg、1.42％Si、0.4％Mn、Cu0.15％、Zn0.1％、Fe0.02％、0.9％Cr、0.07％Ca、0.08％Ti，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；Cu、Zn和Fe元素质量分数之和≤0.28％。制备方法相同。

实施例3

高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.3％Mg、1.0％Si、0.6％Mn、Cu0.05％、Zn0.15％、Fe0.08％、0.9％Cr、0.07％Ca、0.06％Ti，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；Cu、Zn和Fe元素质量分数之和≤0.28％。制备方法相同。

对比例1

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是0.25％Cr。

对比例2

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是0.5％Cr。

对比例3

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是不加入Ca。

对比例4

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是1.6％Mg、1％Si。

对比例5

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是1.2％Mg、1.5％Si。

对比例6

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是1.6％Mg、1％Si、0.5％Cr。

对比例7

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是1.6％Mg、1％Si，不加入Ca。

对比例8

与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是503℃淬火，进行一次冷拉，拉伸率为2.5％。

对实施例1-3和对比例1-7制得的标准样品，进行测定断裂伸长率和拉伸强度，晶间腐蚀深度，剥落腐蚀等级，测定结果如下表所示。

由上表可知：由实施例1-3和对比例1-3可知，Cr的用量过多的情况下，不加入Ca，会导致力学性能下降过多，Cr的用量不足的情况，耐腐蚀性不够。由实施例和对比例4-6可知，Mg和Si的比例是很重要的，会较大的影响产品的力学性能。同时由对比例7可知，Mg，Si，Ca之间也是会有一定相互促进的效果。由对比例8可知，一次冷拉后的力学性能明显不足。

以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，其特征在于，所述高强耐腐蚀6系铝合金包括以下成分：1.4％Mg、1.2％Si、0.5％Mn、Cu0.10%、Zn0.10%、Fe0.05%、0.8%Cr、0.08%Ca、0.07%Ti，0.12%其他不可避免的杂质元素组成余量为Al；其中Mg/Si比例为1.12-1.3，Cu、Zn和Fe元素质量分数之和≤0.28%；所述热处理方法包括：495-508℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为1.8-2.5%，自然时效12-16h，人工时效160-175℃/4h，200-220℃/8h，第二次冷拉，拉伸率为0.3-0.5%；

所述的高强耐腐蚀6系铝合金的的热处理方法，包括以下步骤：（a）熔炼中间合金：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℃，加入其他合金元素后进行精炼，然后以1℃/min的速度升温至780℃，精炼10min，降温至720度后，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；（b）均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化后的铸锭；（c）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高强耐腐蚀6系铝合金的的热处理方法；

所述步骤（b）中所述均匀化处理的处理温度为560-600℃，时间为8h。

2.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，其特征在于，Mg/Si比例为1.16。

3.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，其特征在于，503℃淬火，第一次冷拉，拉伸率为2.1%。

4.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，其特征在于，自然时效14h。

5.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，其特征在于，人工时效170℃/4h，210℃/8h。

6.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀6系铝合金的热处理方法，其特征在于，第二次冷拉，拉伸率为0.4%。