CN116103548A - 一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高时效硬化响应的Al‑Mg‑Si系铝合金及其制备方法，所述的铝合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg：1.40‑1.58％；Si：1.02‑1.12％；Zn：2.50‑3.30％；Cu：0.46‑0.83％；Er：0‑0.2％；Ag：0‑0.35％；不可避免的杂质总和≤0.20％；余量为Al。所述铝合金的制备方法包括：熔炼、准快速凝固、阶梯均质、冷轧及中间退火、阶梯固溶、水淬和双级人工时效。本发明获得的Al‑Mg‑Si系铝合金在时效处理后(T6态)具有较高的时效硬化响应和力学性能，时效硬化增量为303～342MPa，时效态合金的屈服强度为385MPa～420MPa，并且在固溶处理后(T4态)具有较高的延伸率(33.2％～36.5％)。因此本发明在保持铝合金高成形性的基础上大幅度提高了铝合金时效硬化增量和时效性能，可广泛应用于车身覆盖件等产品，对汽车轻量化发展具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于铝合金制备技术领域，具体涉及一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金及其制备方法。
背景技术
随着全球能源的日渐匮乏和环保要求的日益提高，汽车工业尝试通过运用新能源(如电能、氢能)来替代石油，通过采用新材料(如碳纤维、铝合金)减轻车身重量来减少能源消耗和废气排放，从而实现汽车行业的可持续发展。目前，在汽车制造过程采用轻质材料是汽车轻量化发展的主要方向。铝合金具有密度低、耐腐蚀、可再生利用等特点，是目前汽车轻量化的首选材料。在汽车内外板上用铝合金替代传统钢板可使车身减重约30％～40％，从而有效降低能耗、减少污染。
汽车车身覆盖件对所用铝合金的综合性能要求高，该合金不仅要在固溶处理后(T4态)具备较低的屈服强度和较高的塑性以保证良好的冲压成形性，还要在时效热处理后(T6态)获得高时效硬化响应，使铝合金的强度大幅度提升，这样可以保证铝合金板材在服役过程具有良好的抗凹痕性等。现有的研究为了提高铝合金时效硬化能力，主要采取策略包括：新合金设计，添加晶粒细化剂和贵重金属元素、多种稀土元素复合添加，预时效工艺优化等方面。但是现有铝合金时效硬化响应仍然较低，例如目前商用Al-Mg-Si合金的时效硬化增量也仅为80～200MPa，时效处理后的屈服强度通常只有～300MPa，远低于钢的屈服强度。此外，现有商业Al-Mg-Si合金在T4态的塑性也较低，最大延伸率≤28％，无法保证良好的成形性。因此，在保持铝合金高成形性的基础上大幅度提高合金时效硬化增量和屈服强度不仅有助于新型高性能铝合金的开发，而且对于推进汽车轻量化发展进程也具有重要指导意义。
综上，现有技术制备的Al-Mg-Si系铝合金无法同步实现T4态高延伸率和T6态高时效强度，即T4态Al-Mg-Si合金延伸率较高时，无法在T6态获得较高的时效硬化增量，导致T6态合金的屈服强度较低；或者T6态合金的屈服强度较高时，T4态Al-Mg-Si合金的延伸率较低，无法保证良好的成形性，难以满足车身覆盖件用铝合金对高成形性能和高时效强度的双重要求。
因此，如何在保持合金高成形性的基础上大幅度提高合金时效硬化增量和屈服强度，获得高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提供了一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg：1.40-1.58％；Si：1.02-1.12％；Zn：2.50-3.30％；Cu：0.46-0.83％；Er：0-0.2％；Ag：0-0.35％；不可避免的杂质总和≤0.20％；余量为Al；所述铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)在保护气体下，将纯Al、Al-Si中间合金、Al-Er中间合金、纯Ag、纯Cu、纯Zn和纯Mg依次加入到熔炼炉中加热熔化，然后降温，再进行保温处理，再经搅拌、精炼、除气和清渣后获得铝合金熔体，所述的加热熔化温度为：710-770℃，保温处理为：在700-750℃保温10-60min；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理、多道次冷轧、中间退火、阶梯固溶热处理、水淬、双级人工时效处理，获得高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金；
步骤(2)所述的准快速凝固工艺为：将铝合金熔体引流到水冷铜模或铜辊铸轧机中进行浇铸，冷却速率为150-500K/s；
步骤(3)所述的阶梯均质化热处理为：在460-510℃保温1-5h，然后在545-560℃保温2-10h；所述的多道次冷轧为：4-8道次冷轧，总压下量为65-82％；所述的中间退火为：在250-300℃保温15-60min；所述的阶梯固溶热处理为：在485-520℃保温5-20min，然后在550-560℃保温5-30min；所述的双级人工时效处理为：在100-150℃保温1-12h，再在170-200℃保温3-10h。
进一步地，步骤(1)所述的保护气体为氩气或二氧化碳和六氟化硫的混合气体；所述的二氧化碳和六氟化硫的体积比为7:1-10:1。
进一步地，步骤(1)所述的加热熔化温度为：740-760℃。
进一步地，步骤(1)所述的保温处理为：在720-740℃保温15-30min。
进一步地，步骤(3)获得的Al-Mg-Si系铝合金的时效硬化增量为303～342MPa，时效态(T6态)合金的屈服强度为385MPa～420MPa，固溶处理态(T4态)合金的屈服强度为75MPa～80MPa，延伸率为33.2％～36.5％。
本发明与目前现有技术相比具有以下特点：
(1)现有技术制备的商用6系(Al-Mg-Si)铝合金，通常采用加入晶粒细化剂和贵重金属元素等来提高合金的性能。本发明中涉及的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金中不含有细化剂和贵重金属元素，因此该合金的价格低廉，有效降低了合金的生产成本，适用范围广，可以大规模推广应用。
(2)现有的商用6系(Al-Mg-Si)铝合金析出强化相种类单一(主要为Mg-Si相)，尺寸较大(直径>3nm，长度>20nm)，不能提供较高的时效硬化增量。此外，在晶界处易产生粗大的、难回溶的第二相，其在变形过程中易产生应力集中而导致早期断裂，从而使合金的延伸率大幅降低。本发明中涉及的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，通过合金组分之间的相互作用、组分配比以及工艺的协同作用，使得Al-Mg-Si系铝合金不仅获得了更加细小、均匀分布的析出强化相β″相(Mg-Si相)(平均尺寸为：直径～0.60-0.85nm，长度～5.5-6.2nm)，还引入了粒径更细小的纳米级强化相Mg-Zn相和Al-Cu-Mg-Si相，对进一步提升材料性能具有显著作用，实现了多种强化相的协同强化作用，并且抑制了晶界处形成粗大的、难回溶的第二相，有效提高了材料在T4态的延伸率。
(3)本发明中涉及的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金在时效处理后(T6态)具有较高的时效硬化响应和力学性能，时效硬化增量为303～342MPa，T6态屈服强度为385MPa～420MPa，并且在固溶处理后(T4态)具有较低的屈服强度和较高的延伸率以保证良好的成形性，T4态合金的屈服强度为75MPa～80MPa，延伸率为33.2％～36.5％。与现有的商用6系(Al-Mg-Si)铝合金相比，本发明制备的Al-Mg-Si系铝合金时效硬化增量提高了～103-142MPa，T6态屈服强度提高了～85-120MPa，T4态延伸率提高了～5.2％-8.5％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种Al-1.53Mg-1.06Si-0.81Cu-3.30Zn合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.53％、Si：1.06％、Cu：0.81％、Zn：3.30％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、纯Cu、纯Zn和纯Mg在750℃加热熔化，然后降温至725℃，保温静置15min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体，所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为9:1；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为180K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在485℃保温3h，再在550℃保温10h、冷轧7道次并在250℃保温60min，总压下量78％、再经阶梯固溶热处理：在490℃保温20min，再在550℃保温30min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在130℃保温2h，再在175℃保温8h，获得高时效硬化响应的Al-1.53Mg-1.06Si-0.81Cu-3.30Zn合金。
表1为实施例1步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例2
一种Al-1.55Mg-1.10Si-0.78Cu-3.28Zn-0.11Er合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.55％、Si：1.10％、Cu：0.78％、Zn：3.28％、Er：0.11％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在氩气保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、Al-Er中间合金、纯Cu、纯Zn和纯Mg在745℃加热熔化，然后降温至720℃，保温静置20min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为190K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在485℃保温2h，再在550℃保温3h、冷轧8道次并在300℃保温30min，总压下量80％、再经阶梯固溶热处理：在500℃保温10min，再在555℃保温15min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在120℃保温12h，再在180℃保温9h，获得高时效硬化响应的Al-1.55Mg-1.10Si-0.78Cu-3.28Zn-0.11Er合金。
表2为实施例2步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例3
一种Al-1.48Mg-1.04Si-0.65Cu-3.21Zn-0.20Er合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.48％、Si：1.04％、Cu：0.65％、Zn：3.21％、Er：0.20％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在氩气保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、Al-Er中间合金、纯Cu、纯Zn和纯Mg在740℃加热熔化，然后降温至730℃，保温静置30min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为200K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在485℃保温3h，再在550℃保温5h、冷轧6道次并在275℃保温60min，总压下量82％、再经阶梯固溶热处理：在500℃保温5min，再在550℃保温10min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在130℃保温1h，再在175℃保温10h，获得高时效硬化响应的Al-1.48Mg-1.04Si-0.65Cu-3.21Zn-0.20Er合金。
表3为实施例3步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例4
一种Al-1.54Mg-1.02Si-0.76Cu-3.15Zn-0.10Ag合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.54％、Si：1.02％、Cu：0.76％、Zn：3.15％、Ag：0.10％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、纯Cu、纯Zn、纯Ag和纯Mg在740℃加热熔化，然后降温至720℃，保温静置20min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体，所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为8:1；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为160K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在470℃保温3h，再在545℃保温5h、冷轧8道次并在250℃保温30min，总压下量75％、再经阶梯固溶热处理：在485℃保温15min，再在550℃保温20min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在150℃保温1h，再在190℃保温5h，获得高时效硬化响应的Al-1.54Mg-1.02Si-0.76Cu-3.15Zn-0.10Ag合金。
表4为实施例4步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例5
一种Al-1.58Mg-1.12Si-0.82Cu-3.25Zn-0.34Ag合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.58％、Si：1.12％、Cu：0.82％、Zn：3.25％、Ag：0.34％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在氩气保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、纯Cu、纯Zn、纯Mg和纯Ag在750℃加热熔化，然后降温至720℃，保温静置25min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为180K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在485℃保温2h，再在550℃保温3h、冷轧8道次并在300℃保温30min，总压下量81％、再经阶梯固溶热处理：在500℃保温10min，再在550℃保温15min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在120℃保温12h，再在180℃保温7h，获得高时效硬化响应的Al-1.58Mg-1.12Si-0.82Cu-3.25Zn-0.34Ag合金。
表5为实施例5步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例6
一种Al-1.45Mg-1.03Si-0.68Cu-2.62Zn-0.11Ag-0.08Er合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.45％、Si：1.03％、Cu：0.68％、Zn：2.62％、Ag：0.11％、Er：0.08％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、Al-Er中间合金、纯Zn、纯Cu、纯Ag和纯Mg在760℃加热熔化，然后降温至725℃，保温静置15min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体，所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为7:1；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为220K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在475℃保温3h，再在545℃保温6h、冷轧7道次并在250℃保温45min，总压下量82％、再经阶梯固溶热处理：在490℃保温20min，再在555℃保温20min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在130℃保温5h，再在175℃保温10h，获得高时效硬化响应的Al-1.45Mg-1.03Si-0.68Cu-2.62Zn-0.11Ag-0.08Er合金。析出强化相β″相的平均尺寸为：直径～0.60-0.85nm，长度～5.5-6.2nm。与现有技术相比，本发明获得的析出强化相β″相不仅均匀、分散，而且细小。
表6为实施例6步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例7
一种Al-1.42Mg-1.02Si-0.46Cu-2.52Zn-0.08Ag-0.15Er合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.42％、Si：1.02％、Cu：0.46％、Zn：2.52％、Ag：0.08％、Er：0.15％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、Al-Er中间合金、纯Zn、纯Cu、纯Ag和纯Mg在760℃加热熔化，然后降温至720℃，保温静置15min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体，所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为8:1；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜模中进行浇铸，冷却速率为220K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在465℃保温5h，再在560℃保温2h、冷轧6道次并在275℃保温30min，总压下量75％、再经阶梯固溶热处理：在510℃保温5min，再在545℃保温30min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在125℃保温10h，再在185℃保温5h，获得高时效硬化响应的Al-1.42Mg-1.02Si-0.46Cu-2.52Zn-0.08Ag-0.15Er合金。
表7为实施例7步骤(2)获得的铝合金的力学性能
实施例8
一种Al-1.40Mg-1.10Si-0.83Cu-2.50Zn-0.15Er合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.40％、Si：1.10％、Cu：0.83％、Zn：2.50％、Er：0.15％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在氩气保护气下，将纯Al、Al-Er中间合金、Al-Si中间合金、纯Cu、纯Zn和纯Mg在755℃加热熔化，然后降温至740℃，保温静置15min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜辊铸轧机中进行浇铸，冷却速率为350K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在460℃保温1h，再在545℃保温2h、冷轧4道次并在250℃保温60min，总压下量65％、再经阶梯固溶热处理：在500℃保温5min，再在550℃保温5min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在100℃保温1h，再在170℃保温10h，获得高时效硬化响应的Al-1.40Mg-1.10Si-0.83Cu-2.50Zn-0.15Er合金。
表8为实施例8步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例9
一种Al-1.48Mg-1.12Si-0.50Cu-2.54Zn-0.11Ag合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.48％、Si：1.12％、Cu：0.50％、Zn：2.54％、Ag：0.11％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯Al、Al-Si中间合金、纯Cu、纯Zn、纯Ag和纯Mg在750℃加热熔化，然后降温至725℃，保温静置20min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体，所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为9:1；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜辊铸轧机中进行浇铸，冷却速率为350K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在460℃保温3h，再在550℃保温2h、冷轧5道次并在300℃保温60min，总压下量72％、再经阶梯固溶热处理：在490℃保温5min，再在555℃保温10min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在125℃保温4h，再在185℃保温5h，获得高时效硬化响应的Al-1.48Mg-1.12Si-0.50Cu-2.54Zn-0.11Ag合金。
表9为实施例9步骤(3)获得的铝合金的力学性能
实施例10
一种Al-1.52Mg-1.07Si-0.71Cu-2.85Zn-0.13Er-0.05Ag合金(按照质量百分比计，由如下成分组成：Mg：1.52％、Si：1.07％、Cu：0.71％、Zn：2.85％、Er：0.13％、Ag：0.05％，不可避免的杂质≤0.20％、余量为Al)，其制备方法包括如下步骤：
(1)按照合金组分配比，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯Al、Al-Er中间合金、Al-Si中间合金、纯Cu、纯Zn、纯Ag和纯Mg在750℃加热熔化，然后降温至730℃，保温静置20min，然后搅拌、精炼、除气和清渣后，获得铝合金熔体，所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为10:1；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯：将铝合金熔体引流到水冷铜辊铸轧机中进行浇铸，冷却速率为450K/s；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理：在485℃保温2h，再在560℃保温2h、冷轧4道次并在275℃保温45min，总压下量66％、再经阶梯固溶热处理：在500℃保温10min，再在550℃保温30min、水淬、再经阶梯人工时效处理：在100℃保温3h，再在200℃保温3h，获得高时效硬化响应的Al-1.52Mg-1.07Si-0.71Cu-2.85Zn-0.13Er-0.05Ag合金。
表10为实施例10步骤(3)获得的铝合金的力学性能
对比例1
期刊名称“Journal of materials research and technology”，年份：2021年，期号：13，页码：651-668，论文作者：Wenyuan Gong等人，题目“Precipitation behaviors ofmulti-scale precipitation strengthened Al-Mg-Si-Cu-Zn alloys controlled by Mgcontent”。第652页“2.Materials and method”第1段：所选用的材料为Al-Mg-Si-Cu-Zn铝合金，其组分的质量百分比为：Mg：1.63％、Si：1.20％、Cu：0.20％、Zn：3.00％，余量为Al。上述铝合金经过铸造、均质、热轧、退火、冷轧固溶、淬火和人工时效后获得铝合金板材。第654页表2：合金的屈服强度为～357.6MPa。
对比例2
期刊名称“Materials Characterization”，年份：2021年，期号：181，文章号：111464，论文作者：Wenyuan Gong等人，题目“Giant bake hardening response of multi-scale precipitation strengthened Al-Mg-Si-Cu-Zn alloy via pre-agingtreatments”。第2页“2.Materials and methods”第1段：所选用的材料为Al-Mg-Si系铝合金，按照质量百分比计，由如下组分组成：Si：1.60％、Mg：1.20％、Cu：0.20％、Zn：3.00％、Fe：0.40％、Mn：0.50％、Ti：0.02％、Ni：0.03％、余量为Al。上述铝合金经过熔炼、540℃热轧、冷轧、400℃退火1h、550℃固溶热处理8min、水淬、80～185℃预时效0～12h、25℃自然时效14天、预变形2％、然后在185℃下时效20min获得铝合金板材。第3页图3：时效屈服强度为：317.6-362.3MPa，时效硬化增量为：118.7-154.6MPa。第8页表2：上述铝合金板材的主要析出相β″相的平均尺寸：直径～3.7-4.0nm，长度～24.3-30.0nm。
在所有实施例中，实施例6获得的合金的时效力学性能、时效硬化增量以及固溶时延伸率最高，但本发明实施例6合金组分含量均不是所有实施例中最高的，并且其工艺参数与其他实施例均不同，但却取得了最优异的性能。由此说明本发明通过合金组分的相互作用、组分配比以及工艺的协同作用使得合金具有最优异的性能；与本发明实施例相比，对比例1、2采用的合金总添加量较高，并且Si、Mg的含量均不在本发明权利要求保护范围内。按照现有技术报道，对于Al-Mg-Si系合金而言，合金的添加含量越高，越有助于细化主要析出相(β″相)的尺寸，从而提高时效硬化增量和屈服强度。按照现有技术推算，本发明获得的时效屈服强度应小于对比例1、2，时效硬化增量应低于对比例2，β″相尺寸应大于对比例2。但测试结果表明：本发明所获得合金的屈服强度(385MPa～420MPa)远高于对比例1、2所获得合金的屈服强度(357.6MPa、317.6-362.3MPa)，时效硬化增量(303～342MPa)显著高于对比例2(118.7-154.6MPa)，析出强化相β″相的尺寸(平均尺寸为：直径～0.60-0.85nm，长度～5.5-6.2nm)比对比例2(直径～3.7-4.0nm，长度～24.3-30.0nm)更加细小。因此与现有技术相比，本发明取得了意料不到的技术效果，由此说明本发明通过合金组分的相互作用、组分配比以及工艺的协同作用，使得合金力学性能优于现有技术获得的合金力学性能。此外，对比例2采用540℃高温热轧以及25℃下自然时效14天的长期时效，本发明较对比例2节约了合金生产成本并且实现了短流程制备，因此本发明与现有技术相比，节约了生产成本。由此说明本发明通过合金组分的相互作用、组分配比以及工艺的协同作用使得合金具有优于现有技术的力学性能，并且节约了生产成本。
对比例3
期刊名称“Materials Science&Engineering A”，年份：2020年，期号：787，文章号：139492，论文作者：Lanbo Li等人，题目“Microstructures and tensile propertiesof a selective laser melted Al-Zn-Mg-Cu(Al7075)alloy by Si and Zrmicroalloying”。第2页表1：所选用铝合金组分的质量百分比为：Si：2.90％、Mg：1.90％、Cu：1.47％、Zn：5.10％、Zr：1.00％、Cr：0.28％、Fe：0.50％、Ti：0.20％、余量为Al。第2页“2.Materials and methods”：上述铝合金经过选择性激光熔化(SLM)制备，具体工艺为：在Ar气体保护下(氧含量降到10ppm以下)将Al基底预热、粉末层沉积、激光束扫描、粉末熔化并固化，重复上述步骤制备出铝合金。激光功率设置为210、240、270、300、330W，扫描速度固定为800mm/s，层厚为50μm，扫描距离固定为120μm，层之间的扫描角度为67°。第7页表2：性能最优的合金屈服强度为397MPa。
与本发明实施例5(其合金组分的质量百分比与对比例3最相近)相比，对比例3的总合金添加量以及Mg、Si、Cu、Zn等主要元素添加量都明显高于本发明实施例5所获得的合金，尤其是对比例3中还添加了较高含量的Zr、Cr、Fe、Ti等元素。按照现有技术报道：对于Al-Mg-Si-Zn-Cu合金，Mg、Si、Cu、Zn等元素含量增加，将有助于材料性能的提高。按照现有技术推算，本发明实施例5获得的时效屈服强度应小于对比例3。但测试结果表明：本发明实施例5获得合金的屈服强度为411MPa，高于对比例3获得合金的屈服强度(397MPa)。因此与现有技术相比，本发明取得了显著的技术效果，由此说明本发明通过合金组分的相互作用、组分配比以及工艺的协同作用，使得合金力学性能优于现有技术获得的合金力学性能。此外，对比例3制备的铝合金工艺为选择性激光熔化，工艺设备昂贵、能耗较高、生产效率低，并且只能生产较小体积尺寸的零件，难以应用于大规模制造。而本发明采用的工艺极大节约了生产成本、生产效率高，适用于任何幅宽铝合金板材的大批量生产。
综上：与现有技术相比，本发明通过合金组分之间的相互作用、组分配比以及工艺的协同作用，节约了生产成本和简化了工艺，使所制备合金力学性能优于现有技术：不仅能在时效处理后获得较高的时效硬化增量和时效屈服强度，同时在T4态下仍能保持较高的成形性。
Claims (5)
1.一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，其特征在于：合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg：1.40-1.58％；Si：1.02-1.12％；Zn：2.50-3.30％；Cu：0.46-0.83％；Er：0-0.2％；Ag：0-0.35％；不可避免的杂质总和≤0.20％；余量为Al；所述铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)在保护气体下，将纯Al、Al-Si中间合金、Al-Er中间合金、纯Ag、纯Cu、纯Zn和纯Mg依次加入到熔炼炉中加热熔化，然后降温，再进行保温处理，再经搅拌、精炼、除气和清渣后获得铝合金熔体，所述的加热熔化温度为：710-770℃，保温处理为：在700-750℃保温10-60min；
(2)将步骤(1)获得的铝合金熔体经过准快速凝固工艺后获得合金铸坯；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯进行阶梯均质化热处理、多道次冷轧、中间退火、阶梯固溶热处理、水淬、双级人工时效处理，获得高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金；
步骤(2)所述的准快速凝固工艺为：将铝合金熔体引流到水冷铜模或铜辊铸轧机中进行浇铸，冷却速率为150-500K/s；
步骤(3)所述的阶梯均质化热处理为：在460-510℃保温1-5h，然后在545-560℃保温2-10h；所述的多道次冷轧为：4-8道次冷轧，总压下量为65-82％；所述的中间退火为：在250-300℃保温15-60min；所述的阶梯固溶热处理为：在485-520℃保温5-20min，然后在550-560℃保温5-30min；所述的双级人工时效处理为：在100-150℃保温1-12h，再在170-200℃保温3-10h。
2.根据权利要求1所述的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，其特征在于：步骤(1)所述的保护气体为氩气或二氧化碳和六氟化硫的混合气体；所述的二氧化碳和六氟化硫的体积比为7:1-10:1。
3.根据权利要求1所述的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，其特征在于：步骤(1)所述的加热熔化温度为：740-760℃。
4.根据权利要求1所述的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，其特征在于：步骤(1)所述的保温处理为：在720-740℃保温15-30min。
5.根据权利要求1所述的一种高时效硬化响应的Al-Mg-Si系铝合金，其特征在于：步骤(3)获得的Al-Mg-Si系铝合金的时效硬化增量为303～342MPa，时效态(T6态)合金的屈服强度为385MPa～420MPa，固溶处理态(T4态)合金的屈服强度为75MPa～80MPa，延伸率为33.2％～36.5％。
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