CN113215456A - 一种Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Si‑Cu系合金挤压材及其生产方法，按重量百分比计，包括如下组分，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.15wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.05～0.15wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.10wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％，控制Mn/Fe的质量比为0.4～1.0，将各原料混合配料，经熔炼、铸造、均质处理、热挤压、淬火、时效处理，即得Al‑Mg‑Si‑Cu系合金挤压材。本发明的Al‑Mg‑Si‑Cu系合金挤压材的强度不低于400MPa，同时又兼具优异阳极氧化性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材及其生产方法。
背景技术
随着笔记本电脑、智能手机等高端电子消费品的发展，产品小型化、轻薄化需求日益迫切。在此背景下，铝合金由于其强度高、氧化性能优异等特点成为了高端智能电子消费品的结构件及外观件的首选材料。尤其是我国5G技术高速发展的背景下，智能电子产品的结构稳定性、外观精美化等需求越来越受到重视。因此，发展高强度兼具优异阳极氧化性能的铝合金具有十分重要的意义。
目前，在智能电子消费品领域广泛应用的铝合金包括6XXX系(Al-Mg-Si系)及7XXX系(Al-Zn-Mg系)等合金。从上述合金性能特点来看，Al-Mg-Si合金(如6061、6082及6013等)，虽然其具有优异的氧化性能，但其强度仅为300MPa级，属于中强级别；而Al-Zn-Mg合金(如7003、7005等)强度普遍在400MPa以上，显著高于Al-Mg-Si合金，但其阳极氧化性能较差。因此，针对高强度兼具优异阳极氧化性能的铝合金需求，上述合金均不能满足技术要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材及其生产方法，其强度不低于400MPa，同时又兼具优异阳极氧化性能。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，按重量百分比计，包括如下组分，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.15wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.05～0.15wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.10wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％，控制Mn/Fe的质量比为0.4～1.0。
发明人发现，在Fe含量一定时，Mn含量过低或过高都会对合金产生不利的影响。Mn含量过低时，在有限时间的均质处理过程中，β-AlFeSi相不能充分地发生β→α相转变，从而不能完全消除β-AlFeSi相带来的不利影响；而当Mn含量过高时，显著抑制材料在加工过程中的再结晶行为，使得合金中晶粒呈纤维状，引起阳极氧化后材料表面出现色差。本发明通过严格控制Mn/Fe质量比，可以减少对性能有害的β-AlFeSi相，增加对性能有利的α-AlFeMnSi相，能够同时提高合金挤压材的强度和阳极氧化后的美观度。
作为优选，所述Mn/Fe的质量比为0.6-0.8。本发明在优选的Mn/Fe质量比范围内，可以更好的形成在挤压及后续热处理过程中易于消除的第二相，提升挤压材塑性和阳极氧化后的美观度。
作为优选，Cr含量：≤0.05wt.％，Ti含量：≤0.05wt.％。本发明在优选的Cr、Ti含量范围内，可以避免形成导致挤压材性能下降的富Cr、Ti元素的粗大第二相。
本发明还提供了上述Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材的生产方法，将各原料混合配料，经熔炼、铸造、均质处理、热挤压、淬火、时效处理，即得Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材。
作为优选，所述熔炼的温度为720～760℃。
作为优选，所述铸锭采用半连续铸造方式，浇铸温度680～700℃。
作为优选，所述均质处理过程为：将铸锭加热到530～570℃并保温1～10h，随后以不大于10℃/min的速率冷却到400～450℃，接着以不小于30℃/min的速率冷却到180℃以下冷却。
作为优选，所述热挤压的工艺参数为：均质处理后的铸锭加热到450～530℃，挤压筒温度为430～500℃，挤压材挤出速度为4-20m/min。
作为优选，所述淬火的冷却介质为水。
作为优选，所述时效处理的温度为100～200℃，时间为1～48h。
发明人研究发现，在Al-Mg-Si系合金凝固过程中，Fe元素首先与过剩的Si形成片层状的β-AlFeSi非平衡结晶相；在没有Mn元素的情形下，这种片层状的β-AlFeSi非平衡结晶相将遗传至挤压材中，在阳极氧化过程中容易从基体上脱落，使得阳极氧化后材料表面形成针孔，严重影响了材料的外观。而本发明通过添加0.05～0.15wt.％的Mn元素，且严格控制Mn/Fe质量比，建立了Mn、Fe元素的联系，降低了通过合金化元素调控合金微观组织的难度。合适添加量的Mn元素以及Mn/Fe质量比，使得富铁相β-AlFeSi发生β→α相转变，原粗大片层状的对性能有害的非平衡β-AlFeSi相转变为颗粒状的对性能有利的α-AlFeMnSi相，α-AlFeMnSi相在挤压材制备过程中进一步起到细化晶粒、提高强度的效果，且α-AlFeMnSi相在阳极氧化过程中不易从基体上脱落，降低了挤压材上出现针孔缺陷的几率，提升型材阳极氧化美观度和成品率，获得了屈服强度超过400MPa且具有优异阳极氧化性能的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
(1)本发明的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，通过限定Mn元素含量和Mn/Fe配比，消减了富Fe的β-AlFeSi相，形成对合金性能有益的α-AlMnFeSi相，在挤压材制备过程中进一步起到细化晶粒、提高强度的效果，制得了屈服强度超过400MPa的合金挤压材。
(2)本发明的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，通过限定Mn元素含量和Mn/Fe配比，消减了富Fe的β-AlFeSi相，形成对合金性能有益的α-AlMnFeSi相，α-AlFeMnSi相在阳极氧化过程中不易从基体上脱落，降低了挤压材上出现针孔缺陷的几率，提升了成品率。
(3)本发明的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，通过限定Mn元素含量和Mn/Fe配比，消减了富Fe的β-AlFeSi相，形成对合金性能有益的α-AlMnFeSi相，在AlMnFeSi相的作用下，挤压材制备过程中晶粒异常长大受到限制，避免了材料氧化后出现色差，提升合金挤压材阳极氧化美观度。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1
本实施例生产壁厚为6mm的挤压材(挤压比约为30)，其成分设计为：Si：0.85wt.％，Fe：0.125wt.％，Cu：0.90wt.％，Mn：0.05wt.％，Mg：1.10wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.05wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％，Mn/Fe＝0.4；
按照设定比例配料，在740℃下熔炼，静置温度为720℃，半连续铸造方法于700℃浇铸出用于挤压的铸锭；均质处理工艺为：550℃保温10h，随后以5℃/min的速度缓冷至420℃，再以50℃/min的速度迅速冷却至170℃至出炉空气中冷却；挤压制度为：将挤压铸锭预热至520℃，挤压筒温设定为450℃，随后以8m/min的挤压速度挤出，采用在线水冷淬火，于100℃下时效48h，得到所述的Al-Mg-Si-Cu系挤压型材，所得挤压型材的性能见表1。
实施例2
本实施例生产壁厚为6mm的挤压材(挤压比约为30)，其成分设计为：Si：1.0wt.％，Fe：0.15wt.％，Cu：0.95wt.％，Mn：0.15wt.％，Mg：1.3wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.05wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％，Mn/Fe＝1；
按照设定比例配料，在760℃下熔炼，静置温度为740℃，半连续铸造方法于680℃浇铸出用于挤压的铸锭；均质处理工艺为：570℃保温1h，随后以9℃/min的速度缓冷至450℃，再以35℃/min的速度迅速冷却至170℃至出炉空气中冷却；挤压制度为：将挤压铸锭预热至480℃，挤压筒温设定为430℃，随后以20m/min的挤压速度挤出，采用在线水冷淬火，于200℃下时效1h，得到所述的Al-Mg-Si-Cu系挤压型材，所得挤压材的性能见表1。
实施例3
本实施例生产壁厚为5mm的挤压材(挤压比约为20)，其成分设计为：Si：0.85wt.％，Fe：0.11wt.％，Cu：0.85wt.％，Mn：0.09wt.％，Mg：1.0wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.05wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％，Mn/Fe＝0.82；
按照设定比例配料，在720℃下熔炼，静置温度为720℃，半连续铸造方法于690℃浇铸出用于挤压的铸锭；均质处理工艺为：530℃保温10h，随后以10℃/min的速度缓冷至400℃，再以30℃/min的速度迅速冷却至180℃至出炉空气中冷却；挤压制度为：将挤压铸锭预热至530℃，挤压筒温设定为480℃，随后以4m/min的挤压速度挤出，采用在线水冷淬火，于160℃下时效24h，得到所述的Al-Mg-Si-Cu系挤压型材，所得挤压材的性能见表1。
对比例1
本对比例生产壁厚为6mm的挤压材(挤压比约为30)，其成分设计为：Si：0.85wt.％，Fe：0.12wt.％，Cu：0.75wt.％，Mn：0.03wt.％，Mg：1.0wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.05wt.％，其余为Al，Mn/Fe＝0.25；
按照设定比例配料，在730℃下熔炼，静置温度为700℃，半连续铸造方法于690℃浇铸出用于挤压的铸锭；均质处理工艺为：510℃保温10h，随后以5℃/min的速度缓冷至420℃，再以50℃/min的速度迅速冷却至170℃至出炉空气中冷却；挤压制度为：将挤压铸锭预热至520℃，挤压筒温设定为450℃，随后以10m/min的挤压速度挤出，采用在线水冷淬火，于100℃下时效48h，得到所述的Al-Mg-Si-Cu系挤压型材，所得挤压材的性能见表1。
对比例2
本对比例生产壁厚为6mm的挤压材(挤压比约为30)，其成分设计为：Si：0.85wt.％，Fe：0.10wt.％，Cu：0.90wt.％，Mn：0.15wt.％，Mg：1.1wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.05wt.％，其余为Al，Mn/Fe＝1.5；
按照设定比例配料，在740℃下熔炼，静置温度为720℃，半连续铸造方法于700℃浇铸出用于挤压的铸锭；均质处理工艺为：550℃保温10h，随后以5℃/min的速度缓冷至420℃，再以50℃/min的速度迅速冷却至170℃至出炉空气中冷却；挤压制度为：将挤压铸锭预热至470℃，挤压筒温设定为430℃，随后以16m/min的挤压速度挤出，采用在线水冷淬火，于160℃下时效24h，得到所述的Al-Mg-Si-Cu系挤压型材，所得挤压材的性能见表1。
对比例3
本对比例生产壁厚为6mm的挤压材(挤压比约为30)，其成分设计为：Si：0.70wt.％，Fe：0.12wt.％，Cu：0.65wt.％，Mn：0.08wt.％，Mg：0.95wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.05wt.％，其余为Al，Mn/Fe＝0.7；
按照设定比例配料，在740℃下熔炼，静置温度为720℃，半连续铸造方法于700℃浇铸出用于挤压的铸锭；均质处理工艺为：550℃保温10h，以5℃/min的速度缓冷至420℃，随后以50℃/min的速度迅速冷却至170℃至出炉空气中冷却；挤压制度为：将挤压铸锭预热至540℃，挤压筒温设定为450℃，随后以8m/min的挤压速度挤出，采用在线水冷淬火，于100℃下时效48h，得到所述的Al-Mg-Si-Cu系挤压型材，所得挤压材的性能见表1。
挤压材拉伸性能：按GBT228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法所述进行检测分析；
氧化性能测试：按GB T 8013.1-2018_铝及铝合金阳极氧化膜与有机聚合物膜第1部分：阳极氧化膜制备阳极氧化实验，参照GB/T14952.3-1994铝及铝合金阳极氧化着色阳极氧化模色差和外观质量检验方法目视观察法对阳极氧化后的氧化膜质量进行评价。
结果如表1所示：
表1实施例1～3和对比例1～3所得挤压材的性能
Claims (10)
1.一种Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，其特征在于：按重量百分比计，包括如下组分，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.15wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.05～0.15wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.10wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％，控制Mn/Fe的质量比为0.4～1.0。
2.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，其特征在于：所述Mn/Fe的质量比为0.6-0.8。
3.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，其特征在于：Cr含量：≤0.05wt.％，Ti含量：≤0.05wt.％。
4.权利要求1-3任一项所述的Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材的生产方法，其特征在于：将各原料混合配料，经熔炼、铸造、均质处理、热挤压、淬火、时效处理，即得Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述熔炼的温度为720～760℃。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述铸锭采用半连续铸锭方式，浇铸温度680～700℃。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述均质处理过程为：将铸锭加热到530～570℃并保温1～10h，随后以不大于10℃/min的速率冷却到400～450℃，接着以不小于30℃/min的速率冷却到180℃以下再空气中冷却。
8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述热挤压的工艺参数为：均质处理后的铸锭加热到450～530℃，挤压筒温度为430～500℃，挤压材挤出速度为4-20m/min。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述淬火的冷却介质为水。
10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于：所述时效处理的温度为100～200℃，时间为1～48h。
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2021
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