CN111926224B - 一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种向Al‑Mg‑Si合金中添加Ag提高合金性能的方法，属于铝合金制备技术领域。本发明通过向Al‑Mg‑Si合金中加入Ag元素并结合时效处理进行性能改善，提高时效早期析出相的形核与长大，使析出相分布更加细小密集；且在整个时效阶段Ag原子偏聚在析出相的界面处，包括GP区、β″、β′等析出相，改变析出相的形貌，使得其由短粗变得细长，提高析出相的强化能力。本发明对不同Ag含量下的Al‑Mg‑Si合金进行不同温度下的人工时效处理，选取最优的Ag元素含量和适当的三级时效热处理工艺，使得Ag原子在析出相界面处偏聚浓度最高，提高析出相的强化能力，以使Al‑Mg‑Si合金获得最高的强度和硬度。

Description

一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法
技术领域
本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法。
背景技术
6000系铝合金(Al-Mg-Si合金)具有中高等强度、良好的成型性、耐蚀性以及可热处理强化等特点，烘烤后表面质量高，可进行热处理强化，是目前汽车轻量化的关键材料，已广泛应用于国内外车身外板的制造，如车门，车顶盖，发动机外板及后行李箱盖等，为满足汽车工业的需求，6000系铝合金需要在T4态具有较低的屈服强度以获得足够冲压成形性，同时在涂装烘烤后具有较高的屈服强度以使合金具有较好的抗凹陷性。然而，6000系铝合金在工业上却无法获得大规模的应用，主要原因在于：6000系Al-Mg-Si合金所具有的强度和硬度不足，合金的抗凹陷性无法达到工业需求。但是工业上，6000系合金固溶后的室温停放是不可避免的，因此抑制自然时效的不利作用、提高合金的析出动力学是推进汽车车身用6000系铝合金发展所亟待解决的问题。
目前工业上主要是通过添加微合金化元素及采用合适的热处理工艺调控合金中析出相的形成，从而获得理想的性能。传统的微合金化元素(Cu、Mn等)虽然可以有效促进6000系铝合金的烘烤硬化，但往往难以保证合金在T4态获得较低的屈服强度和较好成形性，而6000系铝合金的成形性是制约汽车车身铝化技术的瓶颈。
因此需要研究能够促进Al-Mg-Si合金的析出强化作用和析出动力学的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法，所述方法为向Al-Mg-Si合金中添加Ag形成Al-Mg-Si-Ag合金；
按重量百分比计，所述Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg 0.5-1.5wt％、Si0.3-1.0wt％、Ag 0.2-1.0wt％、Mn≤0.06wt％、Fe≤0.11wt％，余量为Al。
优选的，所述方法具体为：
(1)原料准备：按照重量百分比选取纯铝、纯镁、纯Ag和Al-Si中间合金；
(2)熔炼：将所选原料加入电阻熔炼炉中熔化；
(3)浇铸：将步骤(2)熔体浇铸到模具中，冷却得合金铸锭；
(4)均匀化处理：将步骤(3)中所述合金铸锭进行均匀化处理；
(5)热轧和冷轧：将步骤(4)中处理的产品依次进行热轧和冷轧处理后进行固溶处理，再水淬冷却到室温；
(6)时效处理：将步骤(5)中水淬冷却后的合金铸锭进行三级时效处理，所述三级时效处理的具体过程为：
第一级时效：在150～170℃下处理20min，
第二级时效：在180～200℃下处理20min，
第三级时效：在220～240℃下处理20min。
进一步优选的，步骤(2)中，所述熔化的温度为1000～1200℃。
进一步优选的，步骤(4)中，所述均匀化处理具体为：以50℃/h的升温速率加热到400～450℃保温2～5h，再加热到540～570℃保温4～8h。
进一步优选的，步骤(5)中，所述热轧的处理方式具体为：开轧温度为520～560℃，终轧温度低于300℃。
进一步优选的，步骤(5)中，所述固溶处理的温度为570℃。
2.根据上述方法制备得到的Al-Mg-Si-Ag合金。
优选的，按重量百分比计，所述Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg 0.5-1.5wt％、Si 0.3-1.0wt％、Ag 0.2-1.0wt％、Mn≤0.06wt％、Fe 0.11wt％，余量为Al。
3.上述Al-Mg-Si-Ag合金在制备汽车车身方面的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明公开了一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法，通过向Al-Mg-Si合金中加入Ag结合时效处理进行性能改善，微量添加Ag元素到Al-Mg-Si合金中，不仅能够提高时效早期析出相的形核与长大，使得析出相更加细小密集分布；并且，在整个时效阶段，Ag原子能够偏聚在析出相的界面处，包括GP区、β″、β′等析出相，Ag原子在析出相界面处偏聚，能够改变析出相的形貌，使得其由短粗变得细长，提高析出相的强化能力。因此，本发明选取最优的Ag元素含量，并进行适当的三级时效热处理工艺，使得Ag原子在析出相界面处偏聚浓度最高，且析出相的形貌(如长径比)最优，提高析出相的强化能力，以使Al-Mg-Si合金获得最高的强度和硬度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
制备高强度和硬度的Al-Mg-Si-Ag合金(其中Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg为0.5％、Si为0.3％、Ag为0.2wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％，Al为98.83wt％)，具体方法如下所示：
(1)原料准备：按照重量百分比选取纯铝、纯镁、纯和Al-Si中间合金；
(2)熔炼：将所选原料加入电阻熔炼炉中在1100℃的温度下熔化；
(3)浇铸：将步骤(2)熔体浇铸到模具中，冷却得合金铸锭；
(4)均匀化处理：将步骤(3)中所述合金铸锭进行均匀化处理。即以50℃/h的升温速率加热到400℃保温5h，再加热到540℃保温8h；
(5)热轧和冷轧：将步骤(4)中处理的产品先进行热轧(开轧温度为520℃，终轧温度低于300℃)，再进行冷轧处理形成1mm的轧制板，然后在570℃下进行固溶处理20min，水淬冷却到室温；
(6)时效处理：将步骤(5)中水淬冷却后的产品进行三级时效处理，所述三级时效处理的具体过程为：
第一级时效：在150℃下处理20min，
第二级时效：在180℃下处理20min，
第三级时效：在220℃下处理20min即可得到高强度和硬度的Al-Mg-Si-Ag合金。
实施例2
制备高强度和硬度的Al-Mg-Si-Ag合金(其中Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg为1.5wt％、Si为1.0wt％、Ag为1.0wt％、Mn为0.05wt％、Fe为0.10wt％、Al为96.35wt％)，具体方法如下所示：
(1)原料准备：按照重量百分比选取纯铝、纯镁、纯Ag和Al-Si中间合金；
(2)熔炼：将所选原料加入电阻熔炼炉中在1000℃的温度下熔化；
(3)浇铸：将步骤(2)熔体浇铸到模具中，冷却得合金铸锭；
(4)均匀化处理：将步骤(3)中所述合金铸锭进行均匀化处理。即以50℃/h的升温速率加热到450℃保温2h，再加热到570℃保温4h；
(5)热轧和冷轧：将步骤(4)中处理的产品先进行热轧(开轧温度为560℃，终轧温度低于300℃)，再进行冷轧处理形成1mm的轧制板，然后在570℃下进行固溶处理20min，水淬冷却到室温；
(6)时效处理：将步骤(5)中水淬冷却后的产品进行三级时效处理，所述三级时效处理的具体过程为：
第一级时效：在160℃下处理20min，
第二级时效：在200℃下处理20min，
第三级时效：在240℃下处理20min；
即可得到高强度和硬度的Al-Mg-Si-Ag合金。
实施例3
制备高强度和硬度的Al-Mg-Si-Ag合金(其中Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg为1.13wt％、Si为0.7wt％、Ag为0.49wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为97.51wt％)，具体方法如下所示：
(1)原料准备：按照重量百分比选取纯铝、纯镁、纯Ag和Al-Si中间合金；
(2)熔炼：将所选原料加入电阻熔炼炉中在1200℃的温度下熔化；
(3)浇铸：将步骤(2)熔体浇铸到模具中，冷却得合金铸锭；
(4)均匀化处理：将步骤(3)中所述合金铸锭进行均匀化处理。即以50℃/h的升温速率加热到420℃保温3h，再加热到550℃保温6h；
(5)热轧和冷轧：将步骤(4)中处理的产品先进行热轧(开轧温度为540℃，终轧温度低于300℃)，再进行冷轧处理形成1mm的轧制板，然后在570℃下进行固溶处理20min，水淬冷却到室温；
(6)时效处理：将步骤(5)中水淬冷却后的产品进行三级时效处理，所述三级时效处理的具体过程为：
第一级时效：在170℃下处理20min，
第二级时效：在190℃下处理20min，
第三级时效：在230℃下处理20min即可得到高强度和硬度的Al-Mg-Si-Ag合金。
对比实施例1
制备Al-Mg-Si合金：重量百分比组成为：Mg为1.13wt％、Si为0.70wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为98.00wt％，制备方法按在上述实施例3中的(1)～(5)的步骤进行，不经过步骤(6)的三级时效处理。
对比实施例2
制备Al-Mg-Si合金：重量百分比组成为：Mg为1.13wt％、Si为0.70wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为98.00wt％，制备方法按在上述实施例3中的(1)～(5)的步骤进行，然后在170℃下进行20min的时效处理。
对比实施例3
制备Al-Mg-Si合金：重量百分比组成为：Mg为1.13wt％、Si为0.70wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为98.00wt％，制备方法按在上述实施例3中的(1)～(5)的步骤进行，然后在170℃下进行1h的时效处理。
对比实施例4
制备Al-Mg-Si合金：重量百分比组成为：Mg为1.13wt％、Si为0.70wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为98.00wt％，制备方法按在上述实施例3中的(1)～(6)的步骤进行。
对比实施例5
制备Al-Mg-Si-Ag合金：重量百分比组成为：Mg为1.13wt％、Si为0.7wt％、Ag为0.49wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为97.51wt％，制备方法按在上述实施例3中的(1)～(5)的步骤进行，然后在170℃下进行20min的时效处理。
对比实施例6
制备Al-Mg-Si-Ag合金：重量百分比组成为：Mg为1.13wt％、Si为0.7wt％、Ag为0.49wt％、Mn为0.06wt％、Fe为0.11wt％、Al为97.51wt％，制备方法按在上述实施例3中的(1)～(5)的步骤进行，然后在170℃下进行1h的时效处理。
性能测试
将上述实施例1～3中制备得到的不同组成的Al-Mg-Si-Ag合金以及现有的Al-Mg-Si合金为样品，进行硬度性能测试，测试方法如下：
用MH-5L硬度计测试，载荷为500g且保压时间为10s，每个样品会在其整个表面范围内取不少于10个点以确保数据的准确性，且误差不超过±3％。合金的微观结构是通过FEI Tecnai G2 F20FE透射电子显微镜观察，析出相的原子结构通过FEI Titan G2 60e300ChemiSTEM球差矫正透射电子显微镜表征，透射样品的制备则是使用Struers TenuPol-5电解双喷仪。
向Al-Mg-Si合金中添加Ag后制备得到Al-Mg-Si合金以及Al-Mg-Si合金的硬度测试结果如表1所示。
表1合金中添加Ag后的硬度测试结果
Figure BDA0002661764810000061
通过表1中的测试结果可知，相比于不含Ag的Al-Mg-Si合金，实施例1～3中向Al-Mg-Si合金中添加Ag后制备得到Al-Mg-Si-Ag合金的硬度均有提高，说明本发明通过添加Ag确实能够改善Al-Mg-Si合金的硬度性能。
对实施例3中的Al-Mg-Si-Ag合金和对比实施例1中的Al-Mg-Si合金进行不同的时效处理工艺制备得到合金，其硬度测试结果如表2所示。
表2不同时效处理制备的合金的硬度测试结果
Figure BDA0002661764810000062
通过表1中的测试结果可知，不同的时效处理工艺对制备得到的Al-Mg-Si合金或Al-Mg-Si-Ag合金的硬度具有较大程度的影响，本发明提供的三级时效处理方法能够最大限度提高制备的合金的硬度。
综上所述，本发明公开了一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法，通过向Al-Mg-Si合金中加入Ag结合时效处理进行性能改善，微量添加Ag元素到Al-Mg-Si合金中，不仅能够提高时效早期析出相的形核与长大，使得析出相更加细小密集分布；并且，在整个时效阶段，Ag原子能够偏聚在析出相的界面处，包括GP区、β″、β′等析出相，Ag原子在析出相界面处偏聚，能够改变析出相的形貌，使得其由短粗变得细长，提高析出相的强化能力。因此，本发明选取最优的Ag元素含量，并进行适当的三级时效热处理工艺，使得Ag原子在析出相界面处偏聚浓度最高，且析出相的形貌(如长径比)最优，提高析出相的强化能力，以使Al-Mg-Si合金获得最高的强度和硬度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种向Al-Mg-Si合金中添加Ag提高合金性能的方法，其特征在于，所述方法为向Al-Mg-Si合金中添加Ag形成Al-Mg-Si-Ag合金，按重量百分比计，所述Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg 1.13-1.5wt％、Si 0.3-1.0wt％、Ag 0.2-1.0wt％、Mn≤0.06wt％、Fe≤0.11wt％，余量为Al；
所述方法具体为：
（1）原料准备：按照重量百分比选取纯铝、纯镁、纯Ag和Al-Si中间合金；
（2）熔炼：将所选原料加入电阻熔炼炉中熔化；
（3）浇铸：将步骤（2）熔体浇铸到模具中，冷却得合金铸锭；
（4）均匀化处理：将步骤（3）中所述合金铸锭进行均匀化处理，所述均匀化处理具体为：以50℃/h的升温速率加热到420℃保温3h，再加热到550℃保温6h；
（5）热轧和冷轧：将步骤(4)中处理的产品依次进行热轧和冷轧处理后，在570℃下进行固溶处理20min，水淬冷却到室温；
（6）时效处理：将步骤（5）中水淬冷却后的合金铸锭进行三级时效处理，所述三级时效处理的具体过程为：第一级时效：在170℃下处理20min，第二级时效：在190℃下处理20min，第三级时效：在230℃下处理20min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述熔化的温度为1000～1200℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，所述热轧的处理方式具体为：开轧温度为520～560℃，终轧温度低于300℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法制备得到的Al-Mg-Si-Ag合金。
5. 根据权利要求4所述的Al-Mg-Si-Ag合金，其特征在于，按重量百分比计，所述Al-Mg-Si-Ag合金由以下组分组成：Mg 1.13-1.5wt％、Si 0.3-1.0wt％、Ag 0.2-1.0wt％、Mn≤0.06wt％、Fe0.11wt％，余量为Al。
6.权利要求4～5任一项所述的Al-Mg-Si-Ag合金在制备汽车车身方面的应用。
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Assignee: Shigatuobo clean power Rugao Co.,Ltd.

Assignor: NANJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022990000224

Denomination of invention: A method of adding AG to Al Mg Si alloy to improve alloy properties

Granted publication date: 20211008

License type: Exclusive License

Record date: 20220425