CN114150190A - 一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金及其板材制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Mn‑Cr‑Zr‑Ti铝合金及其板材制备工艺，该Al‑Mg‑Mn‑Cr‑Zr‑Ti铝合金包括以下成分：Mg 3.7％‑4.5％、Mn 0.3％－0.7％、Cr 0.05％‑0.3％、Zr 0.1‑0.3％、Ti 0.05‑0.15％，其余为Al；该板材制备工艺为熔炼；合金均匀化退火和热轧升温两道工序合并为一道工序；控制热轧变形量为5‑20％，速率为2‑3米/秒，总变形量为50％左右时，保温0‑30分钟，然后再次热轧，保持速率为2‑3米/秒，变形量为15％‑30％，轧至4‑10mm，满足所需要的厚度，控制终轧温度在300℃以上；完成热轧的板材地面水平放置，最后空冷至室温。本发明通过微合金元素细化晶粒，提升力学性能；优化合金板材制备工艺，充分发挥合金热轧过程中的余热，发挥Al‑Mg合金层错能低易动态再结晶的特点，缩短加工流程，提升合金板材的力学性能、耐蚀性性能。
Description
技术领域
本发明属于轻金属材料制备技术领域，特别是涉及一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti 铝合金及其板材制备工艺。
背景技术
Al-Mg合金属于5系铝合金，主加元素是Mg，它是一种不可热处理强化合 金，主要的强化机制是固溶强化、形变强化、细晶强化。Mn元素加入除起到固 溶强化作用外，还能与合金中的杂质Fe生产Al6(Mn,Fe)相，降低Fe元素的活 性，提高合金耐蚀性。Al-Mg-Mn铝合金具有密度低、抗拉强度高、耐蚀性好的 特点被广泛应用于汽车、船舶等交通运输领域。
随着世界对环境的高标准要求，铝合金因密度低的有点被尽可能开发应用 于多个领域，但随着社会经济发展，制造工艺的进步，轮船、高铁等提速对安 全性能提出了更高的要求，铝合金的综合性能成为开发的重点。Al-Mg-Mn合金 不属于可热处理强化的合金，因此固溶强化和形变强化是提高其力学性能的主 要手段，但过高的合金元素含量，造成网状的Al3Mg2相沿晶间析出，使合金耐腐 蚀性能大幅度下降，因此，在保证不增加主加合金元素的基础上，需要重新设 计合金元素，降低主加元素含量，细化合金晶粒，提升合金力学性能和耐晶间 腐蚀性能。
另外，合金板材制备中，还需要进一步优化制备工艺，提高生产效率，减 少能源消耗，降低成本。传统的Al-Mg-Mn合金板材制备工艺为熔炼铸造-均匀 化退火-热轧-退火-热轧-冷轧-稳定化退火，Mg含量低于5.0的合金，国际标准 要求的性能指标：抗拉强度≥310MPa，屈服强度≥215MPa，伸长率≥10％，晶间 腐蚀质量损失≤15毫克/平方厘米。根据节能环保要求，需要开发新型合金板材 制备工艺，简化工艺流程，提高生产效率，节省能源的同时满足使用性能。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金及其板 材制备工艺，通过微合金元素细化晶粒，提升力学性能；优化合金板材制备工 艺，充分发挥合金热轧过程中的余热，发挥Al-Mg合金层错能低易动态再结晶 的特点，缩短加工流程，提升合金板材的力学性能、耐蚀性性能。
本发明所采用的技术方案是：
一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金，包括以下成分：Mg 3.7％-4.5％、Mn 0.3％ －0.7％、Cr 0.05％-0.3％、Zr 0.1-0.3％、Ti 0.05-0.15％，其余为Al。
本发明还提供了一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金的板材制备工艺，包括以 下步骤：
步骤一：熔炼：熔炼温度为760℃-780℃，将纯铝和铝锰合金、铝锆合金和 铝铬合金同时熔炼，待合金全部熔化后，充分搅拌后采用氩气旋转喷吹精炼， 除气扒渣后静置，温度降至720℃-740℃时加入纯镁，将纯镁压入液体内部熔化， Ti元素的加入是通过Al-Ti-B细化剂的形式浇注时加入，最后合金熔铸成铝合 金扁锭；
步骤二：合金均匀化退火和热轧升温两道工序合并为一道工序；
步骤三：控制热轧变形量为5％-20％，速率为2米/秒-3米/秒，总变形量为 50％左右时，保温0分钟-30分钟，合金产生不完全静态再结晶，使合金晶粒取 向发生改变，大部分晶粒的取向有利于提高耐蚀性能的取向，然后再次热轧， 保持速率为2米/秒-3米/秒，变形量为15％-30％，轧至4mm-10mm，满足所需要 的厚度，控制终轧温度在300℃以上；
步骤四：完成热轧的板材地面水平放置，不能悬空放置，防止出现变形及 额外内应力，最后空冷至室温。
其中，步骤二具体工艺为铝合金铸锭加热至380℃-410℃，保温1小时-2 小时后，升温至480℃-510℃，保温2小时-6小时后直接热轧。
本发明的优点如下：
1、添加微合金元素Ti、Zr、Cr后，明显细化合金晶粒，合金晶粒直径降 至100um以下，起到细晶强化效果；同晶粒细小有利于提高合金耐晶间腐蚀性 能；
2、均匀化退火工艺与热轧升温工艺融合为一个工序，缩短了时间，提高了 生产效率，同时减少了加热次数，降低了能源损耗；
3、控制轧制速率和轧制温度，利用终轧后的余热温度，空冷过程起到消除 内应力稳定组织作用，不需要冷却至室温冷轧后再稳定化退火，优化了工艺， 减少了工序，提高生产效率节约能源；
4、此工艺制备的铝合金板材抗拉强度在360MPa以上，屈服强度在235MPa 以上，伸长率在13％以上，晶间腐蚀质量损失≤8毫克/平方厘米，综合性能远 高于使用性能要求。
附图说明
图1是本发明的铸态合金退火后的晶粒大小形貌示意图；
图2是本发明的实施例1的合金热轧板微观形貌示意图；
图3是本发明的实施例2的合金热轧板微观形貌示意图；
图4是本发明的实施例3的合金热轧板微观形貌示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些内容。
实施例1：设计了Al-4.0Mg-0.5Mn-0.1Cr-0.1Ti-0.1Zr合金材料，按照成 分要求配备中间合金，完成熔炼铸造，Ti元素以细化剂的方式最后浇注时加入， 制备成厚度为800mm的铝合金扁锭；铝合金扁锭加热至400℃，保温1h后升温 至500℃保温6小时；出炉后直接在热轧机上热轧，首道次压下量为40mm，其 余道次为80mm，轧制速率为2.5米/秒；经6道次轧制后，保温10分钟，再次 轧制，压下量为10-60mm，最终制备的板材厚度为8mm，空冷至室温经检测后入 库。
通过上述方法制备的铝合金板材，微观组织见图2，力学性能见表1。
实施例2：设计了Al-3.9Mg-0.5Mn-0.12Cr-0.1Ti-0.15Zr合金材料，按照 成分要求配备中间合金，完成熔炼铸造，Ti元素以细化剂的方式最后浇注时加 入，制备成厚度为600mm的铝合金扁锭；铝合金扁锭加热至400℃，保温1h后 升温至500℃保温4小时；出炉后直接在热轧机上热轧，首道次压下量为30mm， 其余道次为60mm，轧制速率为2.5米/秒；经5道次轧制后，保温10分钟，再 次轧制，压下量为5-40mm，最终制备的板材厚度为6mm，空冷至室温经检测后 入库。
通过上述方法制备的铝合金板材，微观组织见图3，力学性能见表1。
实施例3：设计了Al-4.2Mg-0.6Mn-0.07Cr-0.08Ti-0.12Zr合金材料，按照 成分要求配备中间合金，完成熔炼铸造，Ti元素以细化剂的方式最后浇注时加 入，制备成厚度为600mm的铝合金扁锭；铝合金扁锭加热至400℃，保温1h后 升温至500℃保温4小时；出炉后直接在热轧机上热轧，首道次压下量为30mm， 其余道次为60mm，轧制速率为2.5米/秒；经5道次轧制后，不保温5分钟后再 次轧制，压下量为5-30mm，最终制备的板材厚度为4mm，空冷至室温经检测后 入库。
通过上述方法制备的铝合金板材，微观组织见图4，力学性能见表1。
表1
指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提 下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金，其特征在于：包括以下成分：Mg3.7％-4.5％、Mn0.3％－0.7％、Cr 0.05％-0.3％、Zr 0.1-0.3％、Ti 0.05-0.15％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金的板材制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：熔炼：熔炼温度为760℃-780℃，将纯铝和铝锰合金、铝锆合金和铝铬合金同时熔炼，待合金全部熔化后，充分搅拌后采用氩气旋转喷吹精炼，除气扒渣后静置，温度降至720℃-740℃时加入纯镁，将纯镁压入液体内部熔化，Ti元素的加入是通过Al-Ti-B细化剂的形式浇注时加入，最后合金熔铸成铝合金扁锭；
步骤二：合金均匀化退火和热轧升温两道工序合并为一道工序；
步骤三：控制热轧变形量为5％-20％，速率为2米/秒-3米/秒，总变形量为50％左右时，保温0分钟-30分钟，然后再次热轧，保持速率为2米/秒-3米/秒，变形量为15％-30％，轧至4mm-10mm，满足所需要的厚度，控制终轧温度在300℃以上；
步骤四：完成热轧的板材地面水平放置，不能悬空放置，最后空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金的板材制备工艺，其特征在于：所述的步骤二具体工艺为铝合金铸锭加热至380℃-410℃，保温1小时-2小时后，升温至480℃-510℃，保温2小时-6小时后直接热轧。
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