CN116083825B - 一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，属于铝合金型材应用生产工艺技术领域。本发明所述的一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，包含包含0.4～1.2％Mg，0.3～1.7％Si，其余为Al和不可避免的杂质。先将铸态的铝镁硅合金进行高温固溶，使其元素分布均匀。在经过热挤压、低温欠时效、再热挤压、再进行低温欠时效，要求这样的循环次数不少于3次。最终能够获得抗拉强度大于380Mpa，延伸率大于25％的织构铝镁硅系铝合金型材；高温固溶的温度为550～580℃，固溶时间为2～4h；总的挤压变形量达到90％以上，采用多道次循环挤压；低温短时欠时效工艺温度为120～160℃，保温时间为20～40min。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，属于高强高韧铝合金制备技术领域。
背景技术
随着我国经济的高速发展，对材料的可持续发展的要求迫在眉睫。用铝合金作为防撞护栏已经成为一个大的趋势，这需要对铝合金的性能有更高的要求。Al-Mg-Si系铝合金因具有低密度、高比强度、抗腐蚀性能好、回收利用率高、可热处理强化等优点，而得到了越来越多的关注。
目前，只是单纯的依赖添加合金元素以及热处理工艺的调整，来提高Al-Mg-Si系铝合金的强韧性，已经快要达到瓶颈；但是从热处理工艺以及加工工艺两者协同作用入手，依然可以提高铝合金的强韧性；对解决Al-Mg-Si系铝合金在防撞护栏上的应用，具有巨大帮助。
发明专利CN 114058889 A介绍了一种通过加入稀土元素提高铝合金的力学性能的方法，其主要通过加入稀土元素Ce、La及Sc以及两次精炼的工艺，获得了抗拉强度≥355MPa，屈服强度≥282MPa，伸长率为10.1～10.9％，晶粒度为9G，抗腐蚀性为II级的铝合金。但是其延伸率仍然达不到作为防撞护栏的要求。
发明专利CN 114086041 B公布了一种高强高韧铝合金及其制备方法，其通过高压水雾化法、烧结、风冷、挤压、固溶、淬火、双级时效处理获得了抗拉强度>450MPa，延伸率>24％的高强高韧铝合金成品。但其加工过程复杂，不适合大批量生产铝合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，采用普通成分的Al-Mg-Si系铝合金，通过对其进行高温熔炼、高温固溶处理、循环热挤压+低温短时欠时效等工艺，使其在大变形与欠时效循环的处理下产生一种强的{111}织构，从而达到提高Al-Mg-Si系铝合金材料的强度和韧性的目的。
本发明的技术方案如下：
一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，通过热挤压织构提高铝镁硅合金的强韧性，具体包括：
(1)将铝镁硅系合金进行高温固溶处理，其中，固溶温度为550～580℃，固溶时间为2～4h。
(2)将步骤(1)得到的铝镁硅系合金进行热挤压，其中，热挤压总变形量在90％以上，挤压温度为350～550℃。
(3)将步骤(2)得到的铝镁硅系合金进行低温短时欠时效处理，其中，保温温度为120～160℃，保温时间为20～40min。
(4)循环热挤压+低温短时欠时效热处理工艺，要求循环次数不少于3次，以保证铝合金挤压件获得理想的强{111}晶面织构。
(5)对步骤(4)得到的铝合金挤压件进行退火处理。
进一步的，所述铝镁硅合金成分，包含0.4～1.2％Mg，0.3～1.7％Si，其余为Al和不可避免的杂质。
进一步的，其特征在于所述步骤(4)中，首次热挤压变形量为70～90％，采用多道次挤压，挤压变形量呈递减趋势，每次递减程度在10％。
进一步的，其特征在于所述步骤(4)中，首次热挤压温度为500～550℃，采用多道次挤压，挤压温度呈递减趋势，每次递减程度在70℃。
进一步的，其特征在于所述步骤(4)中，最后一次热挤压温度为350～410℃，且挤压变形量不小于50％。
高强高韧铝镁硅系铝合金制备方法原理如下：
铝合金的力学性能、塑性、耐腐蚀性能以及成型性与晶粒的择优取向(织构)有关，研究表明当存在挤压{111}晶面织构时，其力学性能、塑性、耐腐蚀性能以及成型性都比没有挤压织构的同种铝合金好；本发明通过大压下量热挤压以及低温短时欠时效的生产工艺，制备出强烈的{111}晶面织构，以此来增强铝合金的性能。
本发明中铝合金的热挤压温度处于再结晶温度之下，并且挤压的总的变形量达到90％以上，因此内部晶粒被拉长，获得以{111}//ED(挤压方向)为主的织构；经过循环热挤压+低温短时欠时效处理，积累的{111}//ED织构越来越多，经过最后一道次挤压后，快速冷却，使得热挤压形成的{111}//ED织构转变为稳定的{111}<112>和{111}<110>织构，在铝合金板材中形成了高密度的{111}晶面织构。
本发明的应用效果：本发明是通过高温循环热挤压、低温欠时效、快速冷却等工艺，获得了强{111}织构的高强高韧铝合金型材；与常规的高强高韧铝合金生产工艺相比，采用了热挤压与低温短时欠时效交替进行的生产工艺，保证了铝合金具有高密度的{111}织构；使得铝镁硅系铝合金的强度与韧性大幅度提升。具有生产工艺简单，成本低易于实施等优点。
附图说明
图1为本发明的高强高韧铝镁硅系合金部分生产工艺示意图。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施所述高强高韧铝镁硅系合金的化学成分如表1所示。
表1本发明具体实施例铝镁硅系合金的化学成分(wt％)
| Mg | Si | Cu | Mn | Cr | Zn | 余量 |
| 1.112 | 1.200 | 0.03 | 0.720 | 0.040 | 0.025 | Al和不可避免的杂质 |
按照表1成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度30mm的铝合金铸锭。
完成后将铸态的铝合金加热到550℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行循环热挤压，首次挤压温度500℃，变形量70％，低温短时欠时效温度为160℃，时间20min；第二次热挤压温度430℃，变形量为60％，低温短时欠时效温度为140℃，时间20min；第三次热挤压温度为360℃，变形量为50％，低温短时欠时效温度为120℃，时间20min；退火温度300℃，持续时间120s；最终获得的铝合金的抗拉强度与延伸率如表2所示。
表2本发明具体实施例铝镁硅系合金板材的强度与韧性结果
| 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率 |
| 245 | 385 | 23％ |
实施例2
本实施所述高强高韧铝镁硅系合金的化学成分如表3所示。
表3本发明具体实施例铝镁硅系合金的化学成分(wt％)
| Mg | Si | Cu | Mn | Cr | Zn | 余量 |
| 1.145 | 1.196 | 0.05 | 0.752 | 0.042 | 0.02 | Al和不可避免的杂质 |
按照表3成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度30mm的铝合金铸锭。完成后将铸态的铝合金加热到565℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行循环热挤压，首次挤压温度525℃，变形量75％，低温短时欠时效温度为160℃，时间30min；第二次热挤压温度455℃，变形量为65％，低温短时欠时效温度为140℃，时间30min；第三次热挤压温度为385℃，变形量为55％，低温短时欠时效温度为120℃，时间30min；退火温度300℃，持续时间120s；最终获得的铝合金的抗拉强度与延伸率如表4所示。
表4本发明具体实施例铝镁硅系合金板材的强度与韧性结果
| 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率 |
| 260 | 406 | 26％ |
实施例3
本发明实施的一种高强高韧铝镁硅系合金的化学成分如表5所示。
表5本发明具体实施例铝镁硅系合金的化学成分(wt％)
| Mg | Si | Cu | Mn | Cr | Zn | 余量 |
| 1.186 | 1.213 | 0.03 | 0.683 | 0.050 | 0.04 | Al和不可避免的杂质 |
按照表5成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度40mm的铝合金铸锭；完成后将铸态的铝合金加热到580℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行循环热挤压，首次挤压温度550℃，变形量75％，低温短时欠时效温度为160℃，时间40min；第二次热挤压温度480℃，变形量为65％，低温短时欠时效温度为140℃，时间40min；第三次热挤压温度为410℃，变形量为55％，低温短时欠时效温度为120℃，时间40min；退火温度300℃，持续时间120s；最终获得的铝合金的抗拉强度与延伸率如表6所示。
表6本发明具体实施例铝镁硅系合金板材的强度与韧性结果
| 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率 |
| 253 | 393 | 25％ |
对比实施例
本发明对比实例铝镁硅系合金的化学成分如表7所示。
表7本发明对比实例铝镁硅系合金的化学成分(wt％)
| Mg | Si | Cu | Mn | Cr | Zn | 余量 |
| 1.145 | 1.196 | 0.05 | 0.752 | 0.042 | 0.02 | A1和不可避免的杂志 |
按照表7成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度40mm的铝合金铸锭；完成后将铸态的铝合金加热到565℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行一次挤压成型；挤压温度525℃，变形量95％；时效温度为380℃，时间30min；最终获得的铝合金的抗拉强度与延伸率如表8所示。
表8本发明具体实施例铝镁硅系合金板材的强度与韧性结果
| 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率 |
| 233 | 305 | 17％ |
通过对比可以看出，经过多道次循环热挤压+低温短时欠时效处理之后的铝合金板材的屈服强度、抗拉强度以及延伸率均有大幅度的提高；其增强的原因是，与一次性挤压成型相比，经过循环热挤压+低温短时欠时效处理的铝合金板材，积累的{111}//ED织构越来越多，经过最后一道次挤压后，快速冷却，使得热挤压形成的{111}//ED织构转变为稳定的{111}＜112＞和{111}＜110＞织构，在铝合金板材中形成了高密度的{111}晶面织构；正是这些高密度的{111}晶面织构的存在，增强了铝合金板材的强韧性。
Claims (3)
1.一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于：所述铝镁硅系合金成分包含1.112wt%Mg、1.200wt%Si、0.03wt%Cu、0.720wt%Mn、0.040wt%Cr、0.025wt%Zn，其余为Al和不可避免的杂质，所述制备方法为：按照成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度30mm的铝合金铸锭；完成后将铸态的铝合金加热到550℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行循环热挤压，首次挤压温度500℃，变形量70%，低温短时欠时效温度为160℃，时间20min；第二次热挤压温度430℃，变形量为60%，低温短时欠时效温度为140℃，时间20min；第三次热挤压温度为360℃，变形量为50%，低温短时欠时效温度为120℃，时间20min；退火温度300℃，持续时间120s。
2.一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于：所述铝镁硅系合金成分包含1.145wt%Mg、1.196wt%Si、0.05wt%Cu、0.752wt%Mn、0.042wt%Cr、0.02wt%Zn，其余为Al和不可避免的杂质，所述制备方法为：按照成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度30mm的铝合金铸锭；完成后将铸态的铝合金加热到565℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行循环热挤压，首次挤压温度525℃，变形量75%，低温短时欠时效温度为160℃，时间30min；第二次热挤压温度455℃，变形量为65%，低温短时欠时效温度为140℃，时间30min；第三次热挤压温度为385℃，变形量为55%，低温短时欠时效温度为120℃，时间30min；退火温度300℃，持续时间120s。
3.一种高强高韧织构铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于：所述铝镁硅系合金成分包含1.186wt%Mg、1.213wt%Si、0.03wt%Cu、0.683wt%Mn、0.050wt%Cr、0.04wt%Zn，其余为Al和不可避免的杂质，所述制备方法为：按照成分先将纯铝与铝和各种元素的中间合金进行冶炼和浇铸，形成一个厚度40mm的铝合金铸锭；完成后将铸态的铝合金加热到580℃进行3h的高温固溶，使所有元素均匀分布，随后进行循环热挤压，首次挤压温度550℃，变形量75%，低温短时欠时效温度为160℃，时间40min；第二次热挤压温度480℃，变形量为65%，低温短时欠时效温度为140℃，时间40min；第三次热挤压温度为410℃，变形量为55%，低温短时欠时效温度为120℃，时间40min；退火温度300℃，持续时间120s。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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