CN116574946A - 一种变形铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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CN116574946A CN202310646263.9A CN202310646263A CN116574946A CN 116574946 A CN116574946 A CN 116574946A CN 202310646263 A CN202310646263 A CN 202310646263A CN 116574946 A CN116574946 A CN 116574946A
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张艺
刘方镇
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Abstract

本发明属于铝合金制备加工领域，具体涉及一种变形铝合金材料及其制备方法。本发明通过调控主要合金元素Mg、Si总量为1.6‑2.2％，且控制其质量比例在0.8‑1.2范围内，同时结合高温短时时效热处理，促进Mg、Si最大限度地以纳米强化相形式由铝基体内析出，降低基体内残余元素含量，获得高强度的同时，大幅度提升合金的导热导电性能。本发明在不提高生产成本的前提下，可获得兼具高强度和高导电导热性能的铝合金产品，其屈服强度310MPa以上的同时，导电率高于50％IACS，导热系数为190W/m/K以上。

Description

一种变形铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金制备加工领域，具体涉及一种变形铝合金材料及其制备方法。
背景技术
由于具有优异的导热导电性能，铝合金在电力传输、电子3C等领域具有广泛应用。随着电力传输及电子通讯技术的快速发展，对于合金材料的力学及导电导热性能均提出了更高要求。但受限于自身强化及导电导热机理，金属力学性能与导电导热性能往往难以实现同步提升。6101和6063作为目前导电和导热用主要变形铝合金材料，虽然具有较高的导电(53-57％IACS)和导热性能(200-218W/m/K)，但其强度仅为220MPa左右。中国专利CN109207817B提供了一种更高导电率的铝合金材料，导电率可达59％IACS，但其抗拉强度仅为176MPa。中国专利CN113528902A公开了一种高强度高导电率变形铝合金及其制备方法，相比于6101，制备的合金导电率提高3％，强度提高4％，强度提升效果较为有限。中国专利CN111961890A公布了一种高导电率高强度铝合金电气设备用型材生产工艺方法，虽然该方法生产所得合金抗拉强度可达350MPa，但其电导率仅为46％IACS。中国专利CN114507797A通过在Al-Mg-Si系合金中添加稀土元素，获得了导电率≥56.7％IACS，抗拉强度≥330MPa的合金材料；中国专利CN114000017A通过添加Sc、Er，可获得导电率≥60％IACS，抗拉强度≥150MPa的合金材料。虽然这种方法可在保证高导电率的前提下，获得一定强度，但稀土价格昂贵，将显著增加生产成本。此外，中国专利CN111270112A和CN111069311A均通过多道次冷拉拔的方式，在保证高导电率的前提下，提高了材料力学性能，分别获得了抗拉强度315MPa，导电率56.3％IACS和抗拉强度341MPa，导电率54.73％IACS的铝合金导线。
发明内容
现有技术中存在的技术问题是上述方法流程复杂，虽然有效提高了合金抗拉强度，但断后伸长率较低(仅为3％左右)，同时，该方法仅适用于铝合金导线生产，不适用于电子3C用导热产品生产制备。由此可见，开发一种低成本的高强高导变形铝合金材料及其制备方法，对于铝合金在电力传输与电子3C领域应用发展具有重要意义。
为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：
一种变形铝合金材料，按质量百分比计，由以下组分组成：Mg和Si的总量为1.6-2.2％，Fe小于0.15％，Ti小于0.03％，余量为Al；其中，Mg和Si的比为0.8-1.2：1。
本发明还提供一种上述变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：称取铝锭、铝硅中间合金和镁锭，熔化，除气，除渣处理后，浇注得到铸锭；
S2：将所述铸锭进行均匀化热处理，得到热处理铸锭；
S3：将所述热处理铸锭于420-500℃下进行热挤压，得到挤压型材；
S4：将所述挤压型材于520-560℃下进行固溶处理，淬火(快速冷却)，得到合金型材；
S5：将所述合金型材进行人工时效热处理，得到所述铝合金材料；按质量百分比计，所述铝合金材料由以下组分组成：Mg和Si的总量为1.6-2.2％，Fe小于0.15％，Ti小于0.03％，余量为Al；其中，Mg和Si的比为0.8-1.2：1。
优选的，所述步骤S2中，均匀化热处理的方法为：将铸锭置于加热炉内升温至550-570℃后保温6-10h，出炉强风冷。
优选的，所述步骤S4中，固溶处理的时间为0.5-3h。
优选的，所述步骤S4中，固溶处理和淬火的时间间隔不超过50-70s。
优选的，所述淬火和人工时效热处理的时间间隔不超过6h。
进一步地，所述淬火的冷却方式为强风冷、水雾冷和水冷中的一种或几种。
优选的，所述步骤S5中，人工时效热处理采用高温短时时效。
进一步地，所述高温短时时效的温度为190-210℃。
进一步地，所述高温短时时效的时间为1-8h。
本发明公开的高强高导变形铝合金对铸造、变形加工制备工艺并无特殊要求，适用于常规半连续铸造、变形(挤压、锻造或轧制)生产工艺。
本发明研发了一种高强高导铝合金材料，主要合金化元素为常规的Mg和Si，不添加特殊合金元素，本发明所述的制备方法，采用常规铸造、变形(挤压、锻造或轧制)工艺生产得到型材产品，固溶、淬火处理后，进行双级时效热处理，获得高强高导铝合金产品，制备方法简单，生产成本低。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
所述高强高导变形铝合金材料进行力学性能和导电导热性能测试，屈服强度310MPa以上的同时，导电率高于50％IACS，导热系数为190W/m/K以上。
与现有技术相比，本发明提供的高强高导变形铝合金材料及其制备方法，通过调控合金元素Mg与Si元素总量及配比，结合低温预时效与高温短时时效的双级时效热处理生产工艺，最大限度促进合金元素Mg、Si以纳米强化相析出，减少残余固溶元素含量，从而实现材料力学性能与导电导热性能协同提升。本发明材料及制备工艺简单，适用性广，生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
(1)按高强高导铝合金材料元素质量配比，材料按照如下质量百分比进行制备：Mg：1.02％；Si：0.99％；Mg+Si＝2.01％；Mg/Si：1.02；Fe：0.05％；Ti：0.02％，余量为铝。
称取相应质量的铝锭、中间合金及镁锭，并将合金原料熔化，除气、除渣处理后，浇注得到铸锭。
(2)将(1)所得铸锭进行均匀化热处理：将铸锭放置于加热炉内随炉升温至560℃，保温8h，出炉强风冷。
(3)将(2)所得铸锭在450℃进行热挤压，得到挤压型材。
(4)将(3)所得挤压型材在550℃进行固溶处理，固溶处理时间为1.5h，固溶处理后立即进行水淬快速冷却，间隔约10s。
(5)将(4)所得合金型材进行人工时效热处理：190℃高温时效6h，得到高强高导铝合金材料，固溶-淬火与人工时效热处理时间间隔不超过1h。
实施例2
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
材料按照如下质量百分比进行制备：Mg：1.02％；Si：0.99％；Mg+Si＝2.01％；Mg/Si：1.02；Fe：0.05％；Ti：0.02％，余量为铝。
时效热处理工艺：200℃高温时效4h。
实施例3
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
材料按照如下质量百分比进行制备：Mg：1.02％；Si：0.99％；Mg+Si＝2.01％；Mg/Si：1.02；Fe：0.05％；Ti：0.02％，余量为铝。
时效热处理工艺：200℃高温时效6h。
实施例4
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
材料按照如下质量百分比进行制备：Mg：0.88％；Si：0.86％；Mg+Si＝1.74％；Mg/Si：1.02；Fe：0.1％；Ti：0.02％，余量为铝。
时效热处理工艺：190℃高温时效6h。
对比例1
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
与实施例1材料成分一致，按照如下质量百分比进行制备：Mg：1.02％；Si：0.99％；Mg+Si＝2.01％；Mg/Si：1.02；Fe：0.05％；Ti：0.01％，余量为铝。
时效热处理工艺：180℃时效6h。
对比例2
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
与实施例1材料成分一致，按照如下质量百分比进行制备：Mg：1.02％；Si：0.99％；Mg+Si＝2.01％；Mg/Si：1.02；Fe：0.05％；Ti：0.01％，余量为铝。
时效热处理工艺：230℃时效6h。
对比例3
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
与实施例1时效热处理工艺一致，材料按照如下质量百分比进行制备：Mg：0.75％；Si：1.13％；Mg+Si＝1.88％；Mg/Si：0.66；Fe：0.05％；Ti：0.01％，余量为铝。
时效热处理工艺：190℃高温时效6h。
对比例4
步骤与实施例1相同，不同之处如下：
与实施例1时效热处理工艺一致，材料按照如下质量百分比进行制备：Mg：1.25％；Si：0.56％；Mg+Si＝1.81％；Mg/Si：2.23；Fe：0.05％；Ti：0.01％，余量为铝。
时效热处理工艺：190℃高温时效6h。
效果评价1
对各实施例和对比例进行力学性能、导电率、导热系数测试，结果如表1所示。
表1屈服强度、导电率及导热系数
由表1所示结果可知，与对比例2、3、4相比，实施例1至4屈服强度与导电、导热系数均显著提高。与对比例1相比，实施例导电、导热系数显著提高，而其强度仅略有下降。
通过上述实施方式可以看出，本发明提供的高强高导铝合金材料及其制备方法，通过调控主要合金元素Mg、Si总量及其配比，同时结合高温时效热处理，可在不显著增加生产成本的前提下，实现材料力学性能与导电导热性能协同提升，获得兼具高强度和高导电导热性能的铝合金产品。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造。

Claims (10)

1.一种变形铝合金材料，其特征在于，按质量百分比计，由以下组分组成：Mg和Si的总量为1.6-2.2％，Fe小于0.15％，Ti小于0.03％，余量为Al；其中，Mg和Si的比为0.8-1.2：1。
2.一种权利要求1所述变形铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：称取铝锭、铝硅中间合金和镁锭，熔化，除气，除渣处理后，浇注得到铸锭；
S2：将所述铸锭进行均匀化热处理，得到热处理铸锭；
S3：将所述热处理铸锭于420-500℃下进行热挤压，得到挤压型材；
S4：将所述挤压型材于520-560℃下进行固溶处理，淬火，得到合金型材；
S5：将所述合金型材进行人工时效热处理，得到所述铝合金材料；按质量百分比计，所述铝合金材料由以下组分组成：Mg和Si的总量为1.6-2.2％，Fe小于0.15％，Ti小于0.03％，余量为Al；其中，Mg和Si的比为0.8-1.2：1。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，均匀化热处理的方法为：将铸锭置于加热炉内升温至550-570℃后保温6-10h，出炉强风冷。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，固溶处理的时间为0.5-3h。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中淬火的冷却方式为强风冷、水雾冷和水冷中的一种或几种。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，固溶处理和淬火的时间间隔不超过50-70s。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述淬火和人工时效热处理的时间间隔不超过6h。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，人工时效热处理采用高温短时时效。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述高温短时时效的温度为190-210℃。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述高温短时时效的时间为1-8h。
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