CN1138868C - 含镁和硅的铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在成形以后接受时效处理的可热处理的Al-Mg-Si铝合金，在挤出产物冷却后，时效分二阶段进行，在第一阶段，以＞30℃/小时的加热速率，加热该挤出件至100-170℃的温度，在第二阶段，以5-50℃/小时加热速率，加热该挤出件至160-220℃的最后保持温度，总时效时间为3-24小时。

Description

含镁和硅的铝合金
本发明涉及在成形以后受到时效处理的可热处理Al-Mg-Si铝合金，所述时效处理包括两个阶段，在第一阶段，挤出物以30℃/小时以上的加热速率受加热至100-170℃的温度，在第二阶段，挤出物以5-50℃/小时的加热速率加热至160-220℃的最后保温温度，施行总时效的时间为3-24小时。
这种类型的时效实践相似于在WO 95.06759中所述。按照该专利，时效是在温度150-200℃范围内进行，其加热速率在10-100℃/小时之间，优选在10-70℃/小时之间。并提出了另一种两步加热的方案，其中建议保持温度在80-140℃的范围，以使总加热速率处在上述特定范围内。
本发明的目的是提供一种机械性能好于传统时效步骤，总的时效时间短于WO 95.06759所述的时效实践的铝合金。使用提议的双速时效步骤，可使得以最少的总时效时间达到最大的强度。
双速时效步骤对机械强度的正效应可用如下事实解释：在低的温度下增加时间通常会增强高密度Mg-Si析出物的形成。如果整个时效操作在这种温度下进行，总时效时间将超过实际限度，时效炉中的生产量将太低。时效温度缓慢增加到达最后的时效温度，则在低的温度下的很多成核析出物将继续成长。结果是产生大量的析出物和与低的温度下时效相关的机械强度，但时效时间要短很多。
一种两步时效也将改进机械强度，但对于从第一保温温度到第二保温温度的快速加热，对于较少量的硬化析出物(hardeningprecipitates)，会有使最小的析出物逆转的大量机会，结果是得到的机械强度较低。与常规的时效和两步时效相比，这种双速时效步骤的另一优点是慢速加热将保证负荷(load)中更好的温度分布。在此负荷中挤出物的温度发展过程，几乎无关于负荷的大小、挤出物的装填密度和其壁厚。其结果是比其它类型的时效步骤能得到更一致的机械性能。
与WO 95.06759中所述的从室温开始以缓慢速率加热的时效方法相比，双速率时效实行从室温快速加热到100-170℃温度范围的方法，使总时效时间缩短。在中等温度下开始缓慢加热，所得强度几乎同样地好，如像从室温开始缓慢加热似的。
本发明具体涉及一种在成形以后接受时效处理的可热处理的Al-Mg-Si铝合金的生产方法，包括在挤出产物冷却后，时效分二阶段进行，在第一阶段，加热该挤出件至100-170℃的温度范围，在第二阶段，加热该挤出件至160-220℃的最后保持温度，其特征在于，在第一阶段的加热速率为至少100℃/小时，在第二阶段的加热速率为5-50℃/小时，总时效时间为3-24小时。总时效时间至少为5小时。
本发明也涉及一种Al-Mg-Si合金，其中在第一时效阶段后，在130-160℃温度下保温1-3小时。
在本发明优选的实施方案中，最后的时效温度至少为165℃，更优选的时效温度最高为205℃。当使用这些优选的温度时，已发现在保持总时效时间在合理限度内的情况下，能使机械强度达到最大。
为了缩短双速率时效操作中的总时效时间，优选的是第一加热阶段在可能达到的最高加热速率下进行，而通常这取决于所提供的设备。因此优选的是在第一加热阶段采用至少100℃/小时的加热速率。
在第二加热阶段，由于总时间效率及合金最后的品质必须使加热速率最佳化。由于这个原因，第二加热速率优选至少7℃/小时和最多30℃/小时。在加热速率在7℃/小时以下时，总时效时间会长，而导致时效炉处理能力低的后果，而加热速率在30℃/小时以上时，其机械性能会比理想的低。
优选地，第一加热阶段在130-160℃范围结束，在这种温度下Mg5Si6相会充分析出，得到高机械强度的合金。第一阶段的终止温度较低，一般会导致总时效时间增长但强度不会明显增加。优选总时效时间最多12小时。
实施例1
使用AA6060的标准浇铸条件，将表1所列组成的三种不同合金浇铸成φ95mm的坯段。使用约250℃/小时的加热速率，在575℃时保温2小时15分钟，对坯段均质化，均质化后以350℃/小时速率进行冷却。最后将坯段切断成200mm长的小段。表1
合金 Si  Mg  Fe
 1 0.37  0.36  0.19
 2 0.41  0.47  0.19
 3 0.51  0.36  0.19
挤出试验是用φ100mm容器以800吨压力的压机进行，挤出之前先在感应炉内加热这些坯段。
为了取得型条机械性能的良好测定，用产生2×25平方毫米巴的一种模具进行单独测试。挤出前预热该金属坯段至约500℃。挤出后在风下冷却型条，冷却时间约2分，直到温度降至250℃以下。挤出后拉伸该型条0.5％。时效前控制室温下的存放时间为4小时。借助于拉力测试方法获得机械性能。
在不同时效时间下，不同时效合金的机械性能列于表2-4。
如这些表所说明的，参见图1，图中以图示示出不同时效时间，并以文字表征。图1中，x轴为总时效时间，y轴为所用温度。
此外，不同的栏目含义如下：
总时间＝总时效时间
Rm＝极限抗拉强度
Rp02＝屈服强度
AB＝断裂伸长
Au＝均匀伸长
所有数据是挤出型条的两个平行样品的平均值。
    表2
                 合金1-0.36Mg+0.37Si
    总时间[小时]  Rm       Rp02     AB    AuA      3         150,1      105,7    13,4    7,5A      4         164,4      126,1    13,6    6,6A      5         174,5      139,2    12,9    6,1A      6         183,1      154,4    12,4    4,9A      7         185,4      157,8    12,0    5,4B      3,5       175,0      135,0    12,3    6,3B      4         181,7      146,6    12,1    6,0B      4,5       190,7      158,9    11,7    5,5B      5         195,5      169,9    12,5    5,2B      6         202,0      175,7    12,3    5,4C      4         161,3      114,1    14,0    7,2C      5         185,7      145,9    12,1    6,1C      6         197,4      167,6    11,6    5,9C      7         203,9      176,0    12,6    6,0C      8         205,3      178,9    12,0    5,5D      7         195,1      151,2    12,6    6,6D      8,5       208,9      180,4    12,5    5,9D      10        210,4      181,1    12,8    6,3D      11,5      215,2      187,4    13,7    6,1D      13        219,4      189,3    12,4    5,8E      8         195,6      158,0    12,9    6,7E      10        205,9      176,2    13,1    6,0E      12        214,8      185,3    12,1    5,8E      14        216,9      192,5    12,3    5,4E      16        221,5      196,9    12,1    5,4
表3
                    合金2-0.47Mg+0.41Si
        总时间[小时]   Rm     Rp02     AB     AuA        3          189,1    144,5    13,7    7,5A        4          205,6    170,5    13,2    6,6A        5          212,0    182,4    13,0    5,8A        6          216,0    187,0    12,3    5,6A        7          216,4    188,8    11,9    5,5B        3,5        208,2    172,3    12,8    6,7B        4          213,0    175,5    12,1    6,3B        4,5        219,6    190,5    12,0    6,0B        5          225,5    199,4    11,9    5,6B        6          225,8    202,2    11,9    5,8C        4          195,3    148,7    14,1    8,1C        5          214,1    178,6    13,8    6,8C        6          227,3    198,7    13,2    6,3C        7          229,4    203,7    12,3    6,6C        8          228,2    200,7    12,1    6,1D        7          222,9    185,0    12,6    7,8D        8,5        230,7    194,0    13,0    6,8D        10         236,6    205,7    13,0    6,6D        11,5       236,7    208,0    12,4    6,6D        13         239,6    207,1    11,5    5,7E        8          229,4    196,8    12,7    6,4E        10         233,5    199,5    13,0    7,1E        12         237,0    206,9    12,3    6,7E        14         236,0    206,5    12,0    6,2E        16         240,3    214,4    12,4    6,8
  表4
                    合金3-0.36Mg+0.51Si
        总时间[小时]  Rm      Rp02   AB    AuA        3         200,1    161,8    13,0    7,0A        4         212,5    178,5    12,6    6,2A        5         221,9    195,6    12,6    5,7A        6         222,5    195,7    12,0    6,0A        7         224,6    196,0    12,4    5,9B        3,5       222,2    186,9    12,6    6,6B        4         224,5    188,8    12,1    6,1B        4,5       230,9    203,4    12,2    6,6B        5         231,1    211,7    11,9    6,6B        6         232,3    208,8    11,4    5,6C        4         215,3    168,5    14,5    8,3C        5         228,9    194,9    13,6    7,5C        6         234,1    206,4    12,6    7,1C        7         239,4    213,3    11,9    6,4C        8         239,1    212,5    11,9    5,9D        7         236,7    195,9    13,1    7,9D        8,5       244,4    209,6    12,2    7,0D        10        247,1    220,4    11,8    6,7D        11,5      246,8    217,8    12,1    7,2D        13        249,4    223,7    11,4    6,6E        8         243,0    207,7    12,8    7,6E        10        244,8    215,3    12,4    7,4E        12        247,6    219,6    12,0    6,9E        14        249,3    222,5    12,5    7,1E        16        250,1    220,8    11,5    7,0
合金1号的极限抗拉强度(UTS)在A-周期和总的6小时后，略高于180MPa。该UTS值在5小时B-周期后为195MPa，在7小时C-周期后为204MPa。在10小时D-周期后UTS值为210MPa，13小时D-周期后为219MPa。
合金2号的极限抗拉强度UTS在A-周期和总的6小时后约为216MPa。对于B-周期总的5小时后UTS为225MPa。对于D-周期总的10小时后，UTS值增加到236MPa。
合金3号的极限抗拉强度UTS在A-周期和总的6小时后约为222MPa。对于B-周期总的5小时后UTS为231MPa。对于C-周期总的7小时后，UTS值为240MPa。对于D-周期9小时后UTS值为245MPa。对于E-周期，可最高获得250MPa的UTS值。
总伸长率值似乎几乎无关于时效周期。在峰值强度处，总的伸长率值AB为12％左右，虽然对于所述双速时效周期，该强度值更高。

Claims (9)

1、一种在成形以后接受时效处理的可热处理的Al-Mg-Si铝合金的生产方法，包括在挤出产物冷却后，时效分二阶段进行，在第一阶段，加热该挤出件至100-170℃的温度范围，在第二阶段，加热该挤出件至160-220℃的最后保持温度，其特征在于，在第一阶段的加热速率为至少100℃/小时，在第二阶段的加热速率为5-50℃/小时，总时效时间为3-24小时。
2、按照权利要求1的铝合金的生产方法，其特征在于第一时效阶段后，在130-160℃温度下保持1-3小时。
3、按照权利要求1的铝合金的生产方法，其特征在于其最后时效温度至少为165℃。
4、按照权利要求1的铝合金的生产方法，其特征在于其最后时效温度最高为205℃。
5、按照权利要求1的铝合金的生产方法，其特征在于在第二加热阶段加热速率为至少7℃/小时。
6、按照权利要求1的铝合金的生产方法，其特征在于在第二加热阶段加热速率为至多30℃/小时。
7、按照权利要求1-6任一项的铝合金的生产方法，其特征在于第一加热步骤结束时，该温度是在130-160℃的范围。
8、按照权利要求1-6的铝合金的生产方法，其特征在于总时效时间为至少5小时。
9、按照权利要求1-6的铝合金的生产方法，其特征在于总时效时间为至多12小时。
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