CN116516216A - 一种高强高变形能力的6系铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强高变形能力的6系铝合金及其制备方法，按质量百分比，由以下成分组成：Mg：0.70‑1.20％；Si：0.65‑1.10％；Cu：≤0.30％；Mn：≤1.00％；Cr：≤0.30％；Zr：≤0.20％；Fe：≤0.35％；其他不可避免杂质元素，其余为Al。本发明通过严格限定成分含量并提供相应的生产工艺，得到的产品具有优异的强度和抗变形能力，可应用于汽车各个部件上，特别是功能性的结构件上，如前梁，纵梁，防撞杆，电池盒等部件。
Description
技术领域
本发明属于铝合金领域，特别涉及一种高强高变形能力的6系铝合金及其制备方法。
背景技术
6系铝型材在车身上的应用越来越广泛，除了其轻量化优势明显外，优异的可回收性、可挤压性、可热处理性也使其成为车体材料，特别是车体结构件材料中必不可少的组成之一。而目前，随着车身轻量化的需求越来越迫切，要求也越来越高。其中一个轻量化趋向是——要求材料强度越来越高，这样可以在保持安全载荷的条件下，降低零件的有效载荷面积，进而实现减重。
而现阶段，绝大部分的6系铝型材只有在低强度水平才能保证其良好的抗变形开裂能力，对于高强度下提升型材的良好抗变形开裂能力具有极为现实的意义。目前关于屈服强度＞320MPa下的高抗变形开裂能力6系铝合金鲜有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强高变形能力的6系铝合金及其制备方法，通过严格限定成分含量并提供相应的生产工艺，得到的产品具有优异的强度和抗变形能力，可应用于汽车各个部件上，特别是功能性的结构件上，如前梁，纵梁，防撞杆，电池盒等部件。
本发明提供了一种高强高变形能力的6系铝合金，按质量百分比，由以下成分组成：
Mg：0.70-1.20％；
Si：0.65-1.10％；
Cu：≤0.30％；
Mn：≤1.00％；
Cr：≤0.30％；
Zr：≤0.20％；
Fe：≤0.35％；
其他不可避免杂质元素，其余为Al；
其中，Mg/Si比为0.72-1.43；
-0.2≤Mn-2Cr-5Zr≤+0.2；
0.65≤Mn+2Cr+5Zr≤1.8。
所述不可避免杂质元素单个含量：≤0.05％，合计：≤0.15％。
本发明提供了第一种高强高变形能力的6系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉内，对熔体进行在线精炼、在线除气、在线过滤后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒；随后在550-590℃下均质5-10h，采用强风或水雾冷却；将均质处理后铸棒预热至500℃±30℃，挤压生产，淬火温度≥500℃，采用水雾或水冷方式冷却；按照200-210℃/2-8h的参数生产型材，得到高强高变形能力的6系铝合金。
本发明还提供了第二种高强高变形能力的6系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉内，对熔体进行在线精炼、在线除气、在线过滤后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒；随后在400-500℃下均质4-8h，在550-590℃下均质5-10h，采用强风或水雾冷却；将均质处理后铸棒预热至500℃±30℃，挤压生产，淬火温度≥500℃，采用水雾或水冷方式冷却；按照200-210℃/2-8h的参数生产型材，得到高强高变形能力的6系铝合金。
本发明还提供了一种高强高变形能力的6系铝合金在汽车部件中的应用。
本发明原理如下：
Mg、Si：
本发明中，6系合金的时效状态为过时效和峰时效的过度状态，其主要时效析出强化相为β’和β”复合共存的状态，其中，β’相中Mg/Si质量比＝1.43，β”相中Mg/Si质量比＝0.72。考虑到过剩的Mg和Si(没有参与形成强化析出相)不但对强度提升的贡献十分有限，而且会增加合金的生产难度，因此将合金中Mg/Si配比设计在0.72-1.43范围内。当Mg/Si比＜0.72时，Si过剩，当Mg/Si比＞1.43时，Mg过剩。
Mn、Cr、Zr
Mn、Cr、Zr添加元素在铝合金中以亚微米级的弥散相粒子形式存在。这些弥散相粒子具有阻碍再结晶的作用，其阻碍再结晶的能力Zr最高，Cr次之，Mn最弱。由于Mn和Al在其二元合金中是共晶关系，所以在凝固熔铸时晶粒的中心区域会出现贫Mn区，这样会造成Mn分布的不均匀性，导致在后续的加工变形中出现变形及组织的不均匀性，进而导致生产的产品变形能力较弱。为了弥补这一点，所以添加了Cr、Zr元素。由于Cr、Zr和Al在其二元合金中是包晶关系，所以在凝固熔铸时Cr、Zr元素主要富集在晶粒的中心区域，可以弥补由Mn贫乏带来的弥散粒子数量不足及阻碍再结晶能力下降等问题，以确保在整个晶粒上具有较为均匀的弥散粒子分布和阻碍再结晶能力。
按照本发明中的Mn、Cr、Zr约束关系进行添加量设计，可以保证整个晶粒里面的弥散相粒子均匀分布，具体可见图1。图1a中只添加了Mn元素，其在晶粒心部区域有一个明显的弥散相贫乏区。图1b中复合添加了Mn、Cr、Zr元素，整个晶粒范围内的弥散相粒子分布变得相对均匀。
-0.2≤Mn-2Cr-5Zr≤+0.2：当Mn-2Cr-5Zr＜-0.2时，晶粒心部的弥散粒子明显多于晶粒心部周边区域；当Mn-2Cr-5Zr＞0.2时，晶粒心部的弥散粒子明显少于晶粒心部周边区域。
0.65≤Mn+2Cr+5Zr≤1.8：当Mn+2Cr+5Zr＜0.65时，晶粒中弥散粒子数量不足，无法控制晶粒长大，造成比较粗大的微观组织，不利于变形时抗裂纹能力的提高；当Mn+2Cr+5Zr＞1.8时，会造成合金加工困难，给实际生产带来难度。
有益效果
本发明通过严格限定成分含量并提供相应的生产工艺，得到的产品具有优异的强度和抗变形能力，可应用于汽车各个部件上，特别是功能性的结构件上，如前梁，纵梁，防撞杆，电池盒等部件。
附图说明
图1a和b为晶粒中的弥散相粒子分布。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
合金1-8的制备方法相同，包括如下步骤：
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉内，对熔体进行在线精炼、在线除气、在线过滤后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒；随后在550℃下均质5h，采用强风或水雾冷却；将均质处理后铸棒预热至500℃±30℃，挤压生产，淬火温度≥500℃，采用水雾或水冷方式冷却；按照200-210℃/2-8h的参数生产型材，得到6系铝合金。
合金1-8的性能见表1所示。
表1合金1-8化学成分配方以及性能
Claims (5)
1.一种高强高变形能力的6系铝合金，其特征在于：按质量百分比，由以下成分组成：
Mg：0.70-1.20％；
Si：0.65-1.10％；
Cu：≤0.30％；
Mn：≤1.00％；
Cr：≤0.30％；
Zr：≤0.20％；
Fe：≤0.35％；
其他不可避免杂质元素，其余为Al；
其中，Mg/Si比为0.72-1.43；
-0.2≤Mn-2Cr-5Zr≤+0.2；
0.65≤Mn+2Cr+5Zr≤1.8。
2.根据权利要求1所述的6系铝合金，其特征在于：所述不可避免杂质元素单个含量：≤0.05％，合计：≤0.15％。
3.一种如权利要求1所述的高强高变形能力的6系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉内，对熔体进行在线精炼、在线除气、在线过滤后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒；随后在550-590℃下均质5-10h，采用强风或水雾冷却；将均质处理后铸棒预热至500℃±30℃，挤压生产，淬火温度≥500℃，采用水雾或水冷方式冷却；按照200-210℃/2-8h的参数生产型材，得到高强高变形能力的6系铝合金。
4.一种如权利要求1所述的高强高变形能力的6系铝合金的制备方法，包括如下步骤：
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉内，对熔体进行在线精炼、在线除气、在线过滤后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒；随后在400-500℃下均质4-8h，在550-590℃下均质5-10h，采用强风或水雾冷却；将均质处理后铸棒预热至500℃±30℃，挤压生产，淬火温度≥500℃，采用水雾或水冷方式冷却；按照200-210℃/2-8h的参数生产型材，得到高强高变形能力的6系铝合金。
5.一种如权利要求1所述的高强高变形能力的6系铝合金在汽车部件中的应用。
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