CN111575617B

CN111575617B - 一种耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法

Info

Publication number: CN111575617B
Application number: CN202010455530.0A
Authority: CN
Inventors: 孙进宝; 虞朝智; 李国爱; 孙刚; 陈军洲; 王少华; 陆政
Original assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Current assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: CN111575617A

Abstract

本发明属于属于有色金属及其制备加工领域，涉及一种耐蚀Al‑Mg系合金的热处理方法。本发明的关键在于所涉及的Al‑Mg系合金经过冷变形、深冷处理、稳定化处理、冷变形处理提高合金的强度、组织均匀性与综合性能。通过冷变形、深冷处理、稳定化处理等方式可以有效改善Al‑Mg合金晶界上和晶粒内β相的分布，使其在晶界上分布均匀不连续，在晶粒内分布更加弥散，达到平衡晶界内外电位差的目的，调控性能同时改善腐蚀性能。经本发明中的热处理工艺处理后的Al‑Mg系合金具有较高的强度、良好的耐蚀性能、可焊接性能以及成形性能，适用于型材、板材、锻件等变形产品，满足大型舰船用材的技术指标要求。

Description

一种耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法

技术领域

本发明属于有色金属及其制备加工领域，涉及一种耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法，经该方法处理的Al-Mg系合金具有较高的强度、良好的耐蚀性能，尤其适合全海洋环境使用。

背景技术

Al-Mg系合金，不可热处理强化的铝合金，退火状态塑性尚可，腐蚀性能良好，具有良好可焊接性能，是舰船轻量化的理想材料。然而由于不可热处理强化，合金的强度一般都相对较低，为了满足使用需求，可通过冷作硬化提高强度，但会严重损害腐蚀性能及导致成形性能降低，而Al-Mg合金在舰船领域应用时，要求满足材料强度的同时对剥落腐蚀和晶间腐蚀提出新的要求，需要满足剥落腐蚀PB级以上、晶间腐蚀质量损失率小于15mg/cm²。因此变形量需要控制在合理的范围并配合相应的深冷和热处理工艺来保证材料的性能、腐蚀性能和焊接性能。

近些年来，随着国防事业的发展，舰船轻量化的需求迫切，同时随着冶金水平和装备水平的提高，高Mg合金的工业化制备变为现实且品种增多、产量逐年提高；此外，随着铝合金微合金化机理的发展，在高Mg合金中添加多元微合金可以很好的细化晶粒，提高合金的工艺塑性，Zr、Ti、Sb、Sc、Ag等微合金化元素所形成沉淀相质点也可以提高合金的焊接性能，同时，冷变形配合热处理工艺也可以改善AL-Mg系合金的性能。专利CN109930038A对Al-Mg-Zn铝合金板材采用多次冷轧和低温稳定化的形变热处理改善合金的性能和腐蚀性能。专利CN107022725B和专利CN108359920A对Al-Mg-Zn进行固溶和时效处理热处理改善合金的性能。但是目前工艺均无法同时满足舰船应用需求的同时高强度和耐腐蚀性能的指标。随着新型高Mg合金开发和舰船应用需求的迫切，开发相应强度高、耐腐蚀性能好的变形产品的热处理工艺十分必要。

发明内容

本发明的目的是：提供一种耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法，经过该工艺方法处理后的Al-Mg系合金，同时具备良好的耐蚀性能和可焊接性能，获得高强度等级的耐蚀和焊接性能匹配的Al-Mg系合金。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法，所述的热处理方法将Al-Mg合金坯料热加工处理后，依次采用大变形量冷变形、稳定化处理、深冷处理、二次冷变形的方式进行后续处理。

所述大变形量冷变形的变形量如下：

若板材采用冷轧方式，变形量为8％～25％；

若挤压材采取拉伸方式，拉伸量为1％～6％；

若锻件采取冷压方式，变形量为3％～10％。

所述二次冷变形的变形量如下：

若板材采用冷轧方式，变形量为5％～10％；

若挤压材采取拉伸方式，拉伸量为1％～5％；

若锻件采取冷压方式，变形量为3％～8％。

所述的热处理方法步骤如下：

步骤一、在熔化炉中制备Al-Mg合金坯料；

步骤二、将制备的坯料放入空气循环加热炉内进行均匀化处理，处理后坯料表面经过扒皮或铣面后进入加热炉加热；

步骤三、加热后的坯料进行热加工处理，获得不同类型的变形产品；所述热加工为热轧、挤压、锻造中的一种；

步骤四、热加工后的产品进行大变形冷变形处理；

步骤五、冷变形后的产品放入退火炉进行稳定化热处理；

步骤六、稳定化处理后的产品进行液氮冷却深冷处理；

步骤七、深冷后的产品进行二次冷变形处理；

步骤四和步骤七中所述冷变形处理为冷轧、冷拉、冷压中的一种。

所述步骤五中稳定化热处理采用双级加热；所述双级加热中一级加热温度350～400℃，保温0.5～1h，二级加热温度290～350℃，保温2～10h，出炉风冷。

所述步骤六中深冷处理具体为：温度-150～-120℃，保温1～2h。

所述的热处理方法中Al-Mg合金含有以下质量百分比的成分：主合金化元素Mg4.0～9.5％，Mn 0.4～1.6％，微合金化元素Zr 0.01～0.25％，Ti 0.02～0.10％，Be0.0001～0.05％，其他微合金化元素Sc、Sb、Ag中的任意1～3种，Sc质量百分比0.02～0.5％，Sb质量百分比0.005～0.05％，Ag质量百分比0.05～0.5％；杂质元素含量Si≤0.40％,Fe≤0.40％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。

本发明的有益效果是：

本发明针对Al-Mg系合金，涉及板材、型材和锻件的热处理，通过多次冷变形配合稳定化处理和深冷处理，提高合金的强度优化腐蚀性能，同时还针对不同Mg含量的合金需要匹配不同变形量与稳定化处理、深冷温度时间。通过微合金化和新型热处理工艺，获得350～480MPa不同强度等级的合金时仍然具有良好耐蚀性能和焊接性能的Al-Mg系合金。具有如下优点：

1、本发明采取了大变形量冷变形、稳定化处理、深冷处理、二次冷变形的方式，可以通形变热处理的工艺获得多种强度、耐蚀性能、焊接性能可调节的组合状态，获得350～480MPa不同强度等级的耐蚀和焊接性能匹配的Al-Mg系合金。

2、热处理工艺适用合金范围宽泛，针对不同Mg含量的合金采用不同的冷变形量组合匹配以及相配合稳定化处理温度，从而获得所需求的强度和腐蚀性能，工艺适用于舰船用系列Al-Mg合金。适合了国内装备水平，具有较大的工艺窗口，适合工业化生产的实施，工艺适合变形产品种类齐全，适合板材、挤压材、锻件；

3、应用本热处理的生产的锻件和板材的残余应力低。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。在下面的描述中，没有示出公知的技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

实施例一

将按照表1中所列成分制备的扁锭(杂质Fe、Si质量分数不超过0.4％)，其中Al、Mg、Ag采用纯Al、纯Mg、纯Ag的方式加入，Mn、Sc、Zr、Sb、Be以及初次加入的0.03～0.10％的Ti都以中间合金方式加入，熔炼铸造后获得扁锭。

将获得的扁锭在500℃下进行均匀化处理，保温24h后出炉空冷；将均匀化处理后的扁锭进行铣面处理，然后加热到400℃开始轧制，采取大变形量轧制，预留20％的变形量。

对板材进行总变形量为15％的冷轧处理，道次变形量视轧制情况调整，变形产品放入退火炉进行稳定化处理，采用双级加热，一级加热温度380℃，保温0.5h，随后降温至290～310℃，保温4h，出炉风冷。

稳定化处理后的产品进行深冷处理，液氮冷却温度-120℃，保温1h。深冷处理后进行总变形量为5％的冷轧处理。

对热处理后的板材进行性能测试，结果如表1所示，表中每一行对应的为本发明合金的质量分数含量及本发明方法的性能参数，最后一行为5083合金以及采用标准热处理方法所得性能参数，可以发现板材的强度在350～500之间，强度、晶间腐蚀及剥落腐蚀均优于现有的5083等合金。

表1实施例1制备合金的性能

实施例二

将按照表2中所列成分制备的圆锭(杂质Fe、Si质量分数不超过0.4％)，其中Al、Mg、Ag采用纯Al、纯Mg、纯Ag的方式加入，Mn、Sc、Zr、Sb、Be以及初次加入的0.03～0.10％的Ti都以中间合金方式加入，熔炼铸造后获得圆锭。

将获得的扁锭在500℃下进行均匀化处理，保温24h后出炉空冷；将均匀化处理后的扁锭进行铣面处理，然后加热到430℃开始挤压，挤压比9～30。

对不同Mg含量的型材进行1％～6％的冷拉伸，然后将型材进行稳定化处理，采取分级加热的方式，一级加热温度380℃，保温0.5h；随后降温至290～350℃，保温2～6h，出炉风冷。

稳定化处理后的产品进行深冷处理，液氮冷却温度-120℃，保温1h。深冷处理后进行1～5％的冷拉伸变形。

对处理后的型材进行性能测试，结果如表2所示，表中每一行对应的为本发明合金的质量分数含量及本发明方法的性能参数，最后一行为5083合金以及采用标准热处理方法所得性能参数，可以发现型材的强度均在350～500之间，性能、晶间腐蚀及剥落腐蚀均优于现有的5083等合金。

表2实施例2制备合金的性能

本发明方法的关键在于所涉及的Al-Mg系合金经过冷变形、深冷处理、稳定化处理、冷变形处理提高合金的强度、组织均匀性与综合性能。通过冷变形、深冷处理、稳定化处理等方式可以有效改善Al-Mg合金晶界上和晶粒内β相的分布，使其在晶界上分布均匀不连续，在晶粒内分布更加弥散，达到平衡晶界内外电位差的目的，调控性能同时改善腐蚀性能。经本发明中的热处理工艺处理后的Al-Mg系合金具有较高的强度、良好的耐蚀性能、可焊接性能以及成形性能，适用于型材、板材、锻件等变形产品，满足大型舰船用材的技术指标要求。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法，其特征在于：

所述的Al-Mg系合金含有以下质量百分比的成分：主合金化元素Mg 4.0～9.5%，Mn 0.4～1.6%，微合金化元素Zr 0.01～0.25%，Ti 0.02～0.10%，Be 0.0001～0.05%，其他微合金化元素Sc、Sb、Ag中的任意1～3种，Sc百分比0.02～0.5%，Sb百分比0.005～0.05%，Ag百分比0.05～0.5%；杂质元素含量Si≤0.40%，Fe≤0.40%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al；

所述的热处理方法将Al-Mg合金坯料热加工处理后，依次采用大变形量冷变形、稳定化处理、深冷处理、二次冷变形的方式进行后续处理；

步骤如下：

步骤一、在熔化炉中制备Al-Mg合金坯料；

步骤四、热加工后的产品进行大变形冷变形处理；

步骤五、冷变形后的产品放入退火炉进行稳定化热处理；

稳定化热处理采用双级加热，具体为：一级加热温度350~400℃，保温0.5~1h，二级加热温度290~350°C，保温2~10h，出炉风冷；

步骤六、稳定化处理后的产品进行液氮冷却深冷处理；深冷处理参数为：温度-150~-120°C，保温1~2h；

步骤七、深冷后的产品进行二次冷变形处理；

步骤四和步骤七中所述冷变形处理为冷轧、冷拉、冷压中的一种；

步骤四所述大变形量冷变形的变形量如下：

若板材采用冷轧方式，变形量为8%~25%；

若挤压材采取拉伸方式，拉伸量为1%~6%；

若锻件采取冷压方式，变形量为3%~10%；

步骤七所述二次冷变形的变形量如下：

若板材采用冷轧方式，变形量为5%~10%；

若挤压材采取拉伸方式，拉伸量为1%~5%；

若锻件采取冷压方式，变形量为3%~8%。

2.根据权利要求1所述的耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法，其特征在于：所述的Al-Mg系合金含有以下质量百分比的成分：主合金化元素Mg 4.3～9.2%，Mn 0.7～1.3%，微合金化元素Zr 0.07～0.15%，Ti 0.8～0.90%，Be 0.01～0.05%，其他微合金化元素Sc、Sb、Ag中的任意1～3种，Sc百分比0.02～0.5%，Sb百分比0.005～0.05%，Ag百分比0.05～0.5%；杂质元素含量Si≤0.40%，Fe≤0.40%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al。

3.根据权利要求1所述的耐蚀Al-Mg系合金的热处理方法，其特征在于：所述的Al-Mg系合金含有以下质量百分比的成分：主合金化元素Mg 4.4～9.1%，Mn 0.8～1.2%，微合金化元素Zr 0.06～0.12%，Ti 0.7～0.91%，Be 0.01～0.05%，其他微合金化元素Sc、Sb、Ag中的任意1～3种，Sc百分比0.02～0.5%，Sb百分比0.005～0.05%，Ag百分比0.05～0.5%；杂质元素含量Si≤0.40%，Fe≤0.40%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al。