CN113430428B - 一种Al-Mg-Si铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种Al-Mg-Si铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Al‑Mg‑Si铝合金，其特征在于：该铝合金的质量百分比组成为Er：0.01wt％～0.2wt％，Zr：0.01wt％～0.06wt％，Si：0.9wt％～1.05wt％，Mg：0.9wt％～1.2wt％，Mn：0.5wt％～0.8wt％，Zn：0.01wt％～0.2wt％，Ti：0.01wt％～0.1wt％，Cr：0.01wt％～0.2wt％，余量为Al及不可避免的杂质。本发明在Al‑Mg‑Si铝合金中添加Zr对再结晶的抑制效果非常明显，提高合金的再结晶温度，使得再结晶晶粒细化，提高合金强度和改善塑性；Er是一种有效地微合金化元素，能够和Al形成具有L12结构的Al3Er相，和Zr复合添加时还能形成热稳定性更好的Al3(ZrxEr1‑x)相，这些强化相能够有效的改善铝合金的组织性能，提高铝合金的综合性能。

Description

一种Al-Mg-Si铝合金及其制备方法
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铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中己大量应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，我国汽车节能减排政策的发布与实施，近几年我国新能源汽车呈现快速发展态势。与传统油气汽车不同，新能源汽车受动力电池重量、动力电池续航里程制约以及汽车节能减排政策限制，在车辆设计和材料应用上，其车体轻量化成为新能源汽车首要考虑问题，在一些部件采用铝材成为新能源汽车制造的首要选择。其中汽车底盘转向部件是用在汽车转向器起连接和转向作用的部件，是汽车产品的关键安全件，对材料的力学性能有很高的要求，对材料的力学性能要求是：抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12％。现有的Al-Mg-Si系铝合金还不能满足底盘转向部件的性能要求。目前，达到底盘转向部件性能要求的新型Al-Mg-Si铝合金材料技术掌握在日本企业。开发具有自主知识产权的高强Al-Mg-Si铝合金材料，不仅能够带来巨大的经济效益，还可以改变高性能铝合金型材依赖进口的局面，提升国产汽车零部件的品质，并能够助力国内汽车轻量化的发展。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种力学性能优异的Al-Mg-Si铝合金及其制备方法。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种Al-Mg-Si铝合金，其特征在于：该铝合金的质量百分比组成为Er：0.01wt％～0.2wt％，Zr：0.01wt％～0.06wt％，Si：0.9wt％～1.05wt％，Mg：0.9wt％～1.2wt％，Mn：0.5wt％～0.8wt％，Zn：0.01wt％～0.2wt％，Ti：0.01wt％～0.1wt％，Cr：0.01wt％～0.2wt％，余量为Al及不可避免的杂质。
作为优选，所述铝合金的微观组织中含有L12结构的Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相，所述Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相的总面积含量为0.1％～1.5％。将Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相的总面积含量控制在0.1％～1.5％，既能够保证强度优异，又具有优良的塑性。
作为优选，所述铝合金的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12％。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种Al-Mg-Si铝合金的制备方法。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种Al-Mg-Si铝合金的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：
1)配料：按照所需成分进行配料，配料在200℃～300℃烘干，烘干时间1～1.5h；
2)熔炼：将炉温升至820℃～850℃，加入铝锭，并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护，当铝锭开始熔化后，将温度调至700℃～740℃，待铝锭全部熔化后加入其他配料；
3)除渣：将熔体除渣，在线熔体氢含量≤0.12ml/100gAl；
4)铸造：铸棒出结晶器速度为125～135mm/min；
5)挤压：将铝合金铸棒加工成挤压坯料，挤压坯料加热到520℃～550℃，保温12h～24h进行均匀化处理，然后将挤压坯料温度调整到500℃～520℃，挤压模具加热到460℃～500℃，盛锭筒温度380℃～420℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压过程中出料口温度为510℃～570℃，挤压比15:1～30:1，挤出速度为6mm/s～9mm/s，水冷，得到成品棒材；
6)固溶和时效处理：将成品棒材在热处理炉中加热至530℃～555℃，保温1h～3h，出炉后立即在60℃～80℃热水中进行淬火处理，将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至165℃～175℃，保温8h～12h进行时效处理。
将成品棒材在热处理炉中加热至530℃～555℃，保温1h～3h，出炉后立即在60℃～80℃热水中进行淬火处理，将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至165℃～175℃，保温8h～12h进行时效处理。固溶温度太高会发生过烧对材料产生永久损害，温度太低难以达到固溶效果；时效温度低或时间短时，析出相小而弥散，但析出量少，时效进行的不彻底，时效条件在选取条件内，析出相弥散/细密，数量多，时效过程基本完成，时效温度过高或者过长会导致时效析出相明显长大，发生过时效现象。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)在Al-Mg-Si铝合金中添加Zr对再结晶的抑制效果非常明显，提高合金的再结晶温度，使得再结晶晶粒细化，提高合金强度和改善塑性；Er是一种有效地微合金化元素，能够和Al形成具有L12结构的Al3Er相，和Zr复合添加时还能形成热稳定性更好的Al3(ZrxEr1-x)相，这些强化相能够有效的改善铝合金的组织性能，提高铝合金的综合性能。
2)铝合金的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12％、弹性模量≥70GPa。
附图说明
图1为本发明实施例1-3和对比例铝合金的挤压态拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例的Al-Mg-Si铝合金的质量百分比组成为：Si为1.0％，Mn为0.55％，Mg为1.1％，Zn为0.15％，Ti为0.05％，Zr为0.015％，Cr为0.15％，Er为0.15％和余量为Al。
Al-Mg-Si铝合金的制备步骤为：
1)按照上述成分称取硅锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、纯镁锭、铝锌中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝铒中间合金和纯铝锭，将配好的铝合金原料在250℃烘干，烘干时间1h；
2)将炉温升至830℃，加入铝锭，并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护，当铝锭开始熔化后，将温度调至720℃，以防止铝锭出现过烧现象，待铝锭全部熔化后加入其他所有中间合金和镁锭，混合均匀；
3)采用在线除气除渣技术与电磁净化技术集成方法，以达到净化效率和净化效果，获得了高品质铝熔体，其氢含量≤0.12ml/100gAl；
4)加入细化剂提高了细化效果，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化，铸棒速度130mm/min；
5)挤压棒材制备：将上述铝合金铸棒加工成挤压坯料，挤压坯料加热到530℃，保温18h进行均匀化处理，然后将挤压坯料温度调整到510℃，挤压模具加热到480℃，盛锭筒温度400℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压过程中出料口温度为530℃，挤压比20:1，挤出速度为8mm/s，水冷，得到成品棒材；
6)固溶和时效处理：将成品棒材在热处理炉中加热至温度为545℃，保温2h，出炉后立即在60℃～80℃热水中进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至温度为170℃，保温10h进行时效处理，即制备一种高强Al-Mg-Si铝合金及其制备方法棒材。
实施例2
本实施例的Al-Mg-Si铝合金的质量百分比组成为：Si为1.0％，Mn为0.55％，Mg为1.1％，Zn为0.15％，Ti为0.05％，Zr为0.045％，Cr为0.01，Er为0.15％和余量为Al。
Al-Mg-Si铝合金的制备步骤为：
1)按照上述成分称取硅锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、纯镁锭、铝锌中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝铒中间合金和纯铝锭，将配好的铝合金原料在240℃烘干，烘干时间1.5h；
2)将炉温升至840℃，加入铝锭，并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护，当铝锭开始熔化后，将温度调至720℃，以防止铝锭出现过烧现象，待铝锭全部熔化后加入其他所有中间合金和镁锭，混合均匀；
3)采用在线除气除渣技术与电磁净化技术集成方法，以达到净化效率和净化效果，获得了高品质铝熔体，其氢含量≤0.12ml/100gAl；
4)加入细化剂提高了细化效果，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化，铸棒速度127mm/min；
5)挤压棒材制备：将上述铝合金铸棒加工成挤压坯料，挤压坯料加热到540℃，保温20h进行均匀化处理，然后将挤压坯料温度调整到520℃，挤压模具加热到500℃，盛锭筒温度380℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压过程中出料口温度为550℃，挤压比25:1，挤出速度为6mm/s，水冷，得到成品棒材；
6)固溶和时效处理：将成品棒材在热处理炉中加热至温度为550℃，保温1h，出炉后立即在60℃～80℃热水中进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至温度为168℃，保温8h进行时效处理，即制备一种高强Al-Mg-Si铝合金及其制备方法棒材。
实施例3
本实施例的Al-Mg-Si铝合金的质量百分比组成为：Si为1.0％，Mn为0.55％，Mg为1.05％，Zn为0.15％，Ti为0.05％，Zr为0.05％，Cr为0.15，Er为0.05％和余量为Al。
Al-Mg-Si铝合金的制备步骤为：
1)按照上述成分称取硅锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、纯镁锭、铝锌中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝铒中间合金和纯铝锭，将配好的铝合金原料在230℃烘干，烘干时间1.2h；
2)将炉温升至840℃，加入铝锭，并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护，当铝锭开始熔化后，将温度调至730℃，以防止铝锭出现过烧现象，待铝锭全部熔化后加入其他所有中间合金和镁锭，混合均匀；
3)采用在线除气除渣技术与电磁净化技术集成方法，以达到净化效率和净化效果，获得了高品质铝熔体，其氢含量≤0.12ml/100gAl；
4)加入细化剂提高了细化效果，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化，铸棒速度128mm/min；
5)挤压棒材制备：将上述铝合金铸棒加工成挤压坯料，挤压坯料加热到540℃，保温20h进行均匀化处理，然后将挤压坯料温度调整到500℃，挤压模具加热到500℃，盛锭筒温度420℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压过程中出料口温度为550℃，挤压比25:1，挤出速度为6mm/s，水冷，得到成品棒材；
6)固溶和时效处理：将成品棒材在热处理炉中加热至温度为535℃，保温1h，出炉后立即在60℃～80℃热水中进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至温度为175℃，保温8h进行时效处理，即制备一种高强Al-Mg-Si铝合金及其制备方法棒材。
对比例
对比例的质量百分比组成为：Si为1.0％，Mn为0.55％，Mg为1.05％，Zn为0.15％，Ti为0.05％，Zr为0.05％，Cr为0.15和余量为Al。
表1实施例的微观组织以及实施例、对比例的力学性能
Figure GDA0003549385070000051

Claims (1)

1.一种Al-Mg-Si铝合金的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：
1)配料：按照所需成分进行配料，配料在200℃～300℃烘干，烘干时间1～1.5h；
2)熔炼：将炉温升至820℃～850℃，加入铝锭，并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护，当铝锭开始熔化后，将温度调至700℃～740℃，待铝锭全部熔化后加入其他配料；
3)除渣：将熔体除渣，在线熔体氢含量≤0.12ml/100gAl；
4)铸造：铸棒出结晶器速度为125～135mm/min；
5)挤压：将铝合金铸棒加工成挤压坯料，挤压坯料加热到520℃～550℃，保温12h～24h进行均匀化处理，然后将挤压坯料温度调整到500℃～520℃，挤压模具加热到460℃～500℃，盛锭筒温度380℃～420℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压过程中出料口温度为510℃～570℃，挤压比15:1～30:1，挤出速度为6mm/s～9mm/s，水冷，得到成品棒材；
6)固溶和时效处理：将成品棒材在热处理炉中加热至530℃～555℃，保温1h～3h，出炉后立即在60℃～80℃热水中进行淬火处理，将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至165℃～175℃，保温8h～12h进行时效处理；
该铝合金的质量百分比组成为Er：0.01wt％～0.2wt％，Zr：0.01wt％～0.06wt％，Si：0.9wt％～1.05wt％，Mg：0.9wt％～1.2wt％，Mn：0.5wt％～0.8wt％，Zn：0.01wt％～0.2wt％，Ti：0.01wt％～0.1wt％，Cr：0.01wt％～0.2wt％，余量为Al及不可避免的杂质；所述铝合金的微观组织中含有L12结构的Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相，所述Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相的总面积含量为0.1％～1.5％；所述铝合金的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12％。
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