CN103131904B

CN103131904B - 一种铝合金材料及其热处理工艺

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Publication number: CN103131904B
Application number: CN201310069762.2A
Authority: CN
Inventors: 黄志其; 陈慧; 胡权; 李慎兰; 葛杰; 蒋福利; 刘志铭; 吴小源
Original assignee: Foshan Sanshui Fenglu Aluminium Co Ltd; Guangdong Fenglu Aluminium Co Ltd
Current assignee: Foshan Sanshui Fenglu Aluminium Co Ltd; Guangdong Fenglu Aluminium Co Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: CN103131904A

Abstract

本发明公开了一种铝合金材料及其热处理工艺，按质量百分比包括以下组分：Si0.8％-1.3%；Cu0.3-0.7％；Mn0.20-0.60％；Mg0.8-1.4%；Cr0.05-0.25%；Zr0.05-0.2%；Fe﹤0.5%；Zn﹤0.2%；Ti﹤0.1%，其余为Al和杂质。本发明的铝合金材料及其热处理工艺，通过在传统6xxx合金基础上，添加微量元素，优化主元素含量，同时优化热处理工艺，使铝合金材料强度，韧性性能得到进一步提升，实现了强度、韧性和耐蚀性的有机结合，可用于在某些领域取代2xxx和7xxx铝合金的使用。使得产品在航空航天以及民用汽车等领域具有良好的应用前景。

Description

一种铝合金材料及其热处理工艺

技术领域

本发明涉及材料加工领域，尤其涉及一种铝合金材料及其热处理工艺。

背景技术

目前在航空航天领域广泛使用的高强铝合金主要是7xxx系列Al-Zn-Mg-Cu和2xxx系列Al-Cu-Mg铝合金。7xxx系列铝合金虽然强度很高，但有明显的应力腐蚀开裂倾向，因而其构件应用潜力和使用寿命受到很大限制。2xxx系列铝合金的强度比7xxx系列铝合金低，但耐热性、疲劳特性，特别是抗疲劳裂纹扩展性都比7xxx系列好；然而由于2xxx系列铝合金耐腐蚀性能仍然相对较差，直接影响铝合金结构件的性能，缩短其使用寿命。

目前相关研究都是围绕着7xxx系列和2xxx系列合金展开的，主要通过合金化和热处理工艺优化的方式，在提高强度的同时尽可能兼顾耐腐蚀性能，但都没有从根本上达到强韧性和耐蚀性的统一；而且由于合金元素含量提高，还会增加合金成本，加工性能变差。

6xxx系列Al-Mg-Si(Cu)铝合金是可热处理强化铝合金中唯一没有发现应力腐蚀开裂现象的合金，但目前已开发的6xxx系列铝合金大都属于中等强度合金，其强度还有进一步提升的空间，这也限制了6xxx系列铝合金应用到更多领域。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝合金材料及其热处理工艺，旨在解决目前铝合金材料不能兼顾强韧性和耐腐蚀性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种铝合金材料，其中，按质量百分比包括以下组分：

Si 0.8％-1.3%；

Cu 0.3-0.7％；

Mn 0.20-0.60％；

Mg 0.8-1.4% ；

Cr 0.05-0.25%；

Zr 0.05-0.2%；

Fe﹤0.5%；

Zn﹤0.2%；

Ti﹤0.1%；

杂质≤0.15%；

其余为Al。

所述的铝合金材料，其中，所述铝合金材料的生产状态包括有T4、T5、T6

一种对如上所述的铝合金材料的热处理工艺，其中，包括以下工艺过程：

A、均匀化热处理：将铝合金材料铸锭在540-585℃温度下保温8-16 h进行均匀化处理；

B、对均匀化热处理后的铝合金材料铸锭做挤压处理，挤压系数为35；C、固溶处理：将挤压后铝合金材料在530-580℃保温0.5-1.5 h；

D、将固溶处理后的铝合金材料水冷淬火，冷却水温≤35℃，转移时间小于30S；

E、时效处理：将铝合金材料在160-190℃保温4-12 h进行时效处理。

所述的铝合金材料的热处理工艺，其中，所述铝合金材料铸锭通过半连续铸造制成，所述铝合金材料铸锭的直径为165 mm。

所述的铝合金材料的热处理工艺，其中，所述步骤A中，将铝合金材料铸锭在570℃温度下保温12 h进行均匀化处理。

所述的铝合金材料的热处理工艺，其中，所述步骤C中挤压后铝合金材料为直径28 mm的铝合金圆棒。

所述的铝合金材料的热处理工艺，其中，所述步骤C的固溶处理工艺，将挤压后铝合金材料在在570℃保温1 h。

所述的铝合金材料的热处理工艺，其中，所述步骤E的时效处理工艺，将铝合金材料在170℃保温8h进行时效处理。

有益效果：本发明提供一种铝合金材料及其热处理工艺，通过在传统6xxx合金的基础上，优化主合金元素Mg、Si、Cu等含量，并添加微量的Mn、Cr和Zr，控制杂质元素含量，从而配制成一种全新的6xxx铝合金，同时对热处理工艺进行优化，实现强度、韧性和耐蚀性的有机结合，使得产品可广泛航空航天以及民用汽车等领域。

具体实施方式

本发明提供一种铝合金材料及其热处理工艺，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的铝合金材料是在6xxx Al-Mg-Si（Cu）合金成分的基础上，通过调整主合金元素Mg、Si、Cu的含量，并引入微量元素Zr，控制杂质元素含量实现方案，其按质量百分比包括以下组分：

Si 0.8％-1.3%；

Cu 0.3-0.7％；

Mn 0.20-0.60％；

Mg 0.8-1.4% ；

Cr 0.05-0.25%；

Zr 0.05-0.2%；

Fe﹤0.5%；

Zn﹤0.2%；

Ti﹤0.1%；

杂质≤0.15%（其为不可避免杂质，单个含量≤0.05%，总和≤0.15%）；

其余为Al。

不同状态的铝合金材料使用不同的代号，T代表其热处理状态，在T字后面的第一个数字表示热处理基本类型，按照此规定，本发明的铝合金材料的生产状态包括有T4、T5、T6。具体为T4：固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。T5：由高温成型过程冷却，然后进行人工时效的状态，适用于由高温成型过程冷却后，不经过冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品。T6：固溶热处理后进行人工时效的状态适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。

按照上述成分配置的铝合金材料，通过半连续铸造获得直径为165mm的原铸锭，然后进行以下工艺过程：

A、均匀化热处理：将铝合金材料铸锭在540-585℃温度下保温8-16 h进行均匀化处理。较佳的是，将铝合金材料铸锭在570℃温度下保温12 h进行均匀化处理

B、对均匀化热处理后的铝合金材料铸锭在1800T挤压机上做挤压处理，挤压系数为35，得到直径28 mm的铝合金圆棒。进一步的，在铝合金铸锭进行均匀化处理后还需要进行水冷，以防止粗大相析出。

C、固溶处理：将挤压后铝合金圆棒在530-580℃保温0.5-1.5 h。较佳的是将挤压后铝合金材料在在570℃保温1 h。

E、时效处理：将铝合金材料在160-190℃保温4-12 h进行时效处理。较佳的是，将铝合金材料在170℃保温8h进行时效处理。

通过对铝合金材料热处理工艺进行优化，使铝合金材料的综合性能得到进一步提升，提高了其力学性能，其抗拉强度、屈服强度得到很大的提高，同时又使其保持很好的塑性，断后伸长率显著提高。

实施例1

一种铝合金材料，其中，按质量百分比包括以下组分：

Si 1%；

Cu 0.5％；

Mn 0.4％；

Mg 1.1% ；

Cr 0.15%；

Zr 0.1%；

Fe 0.3%；

Zn 0.1%；

Ti 0.05%；

Al 96%

杂质 0.03%。

按照上述成分配置的铝合金材料，通过半连续铸造获得直径为165mm的原铸锭，然后将铝合金材料铸锭在570℃温度下保温12 h进行均匀化处理。然后对均匀化热处理后的铝合金材料铸锭在1800T挤压机上做挤压处理，挤压系数为35，得到直径28 mm的铝合金圆棒。将挤压后铝合金材料在在570℃保温1 h后水冷淬火，冷却水温不大于35℃，转移时间小于30S。将铝合金材料在170℃保温8h进行时效处理。

实施例2

一种铝合金材料，其中，按质量百分比包括以下组分：

Si 0.8%；

Cu 0.7％；

Mn 0.6％；

Mg 0.8% ；

Cr 0.05%；

Zr 0.05%；

Fe 0.1%；

Zn 0.1%；

Ti 0.05%；

Al 96.7%

杂质 0.05%。

按照上述成分配置的铝合金材料，通过半连续铸造获得直径为165mm的原铸锭，然后将铝合金材料铸锭在585℃温度下保温8 h进行均匀化处理。然后对均匀化热处理后的铝合金材料铸锭在1800T挤压机上做挤压处理，挤压系数为35，得到直径28 mm的铝合金圆棒。将挤压后铝合金材料在在575℃保温1 h后水冷淬火，冷却水温不大于35℃，转移时间小于30S。将铝合金材料在190℃保温12h进行时效处理。

实施例3

一种铝合金材料，其中，按质量百分比包括以下组分：

Si 1.3%；

Cu 0.7％；

Mn 0.6％；

Mg 1.4% ；

Cr 0.25%；

Zr 0.2%；

Fe 0.4%；

Zn 0.15%；

Ti 0.05%；

Al 94.9%

杂质 0.05%。

按照上述成分配置的铝合金材料，通过半连续铸造获得直径为165mm的原铸锭，然后将铝合金材料铸锭在540℃温度下保温16 h进行均匀化处理。然后对均匀化热处理后的铝合金材料铸锭进行水冷，然后在1800T挤压机上做挤压处理，挤压系数为35，得到直径28 mm的铝合金圆棒。将挤压后铝合金材料在在530℃保温1 h后水冷淬火水冷淬火，冷却水温不大于35℃，转移时间小于30S。将铝合金材料在160℃保温4h进行时效处理。

将实施例1-3中所加工得到的铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。

表1、铝合金材料性能测试结果

	抗拉强度（Mpa）	屈服强度（Mpa）	延伸率（%）
				实施例1	440	420	11
实施例2	435	405	10.5
				实施例3	420	400	10.5

从表1的测试结果可以看出，利用本技术方案制得的铝合金材料总体抗拉强度≥420Mpa，屈服强度≥400Mpa，延伸率≥10%。从而可以得出，本发明的铝合金材料相较于传统6xxx Al-Mg-Si（Cu）铝合金具有较高的强度，同时塑性也保持在较高水平，该铝合金材料可以达到2024-T3合金的水平（2024-T3国家标准所要求的指标：抗拉强度≥395Mpa，屈服强度≥290Mpa，延伸率≥6%），超过7xxx合金中的7005等不含Cu或者含Cu量较低的合金。

本发明提供的铝合金材料及其热处理工艺，通过在传统6xxx合金的基础上，优化主合金元素Mg、Si、Cu等含量，并添加微量的Mn、Cr和Zr，控制杂质元素含量，从而配制成一种全新的6xxx铝合金，同时对热处理工艺进行优化，使其强度，韧性性能得到进一步提升，加之其原有的耐腐蚀性能，使得本发明的铝合金材料实现了强度、韧性和耐蚀性的有机结合，可用于在某些领域取代2xxx和7xxx铝合金使用。使得产品可广泛航空航天以及民用汽车等领域。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种铝合金材料，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：

Si 1%；

Cu 0.5％；

Mn 0.4％；

Mg 1.1% ；

Cr 0.15%；

Zr 0.1%；

Fe 0.3%；

Zn 0.1%；

Ti 0.05%；

杂质 0.03%；

其余为Al；

其热处理工艺包括如下工艺过程：

B、对均匀化热处理后的铝合金材料铸锭做挤压处理，挤压系数为35；

C、固溶处理：将挤压后铝合金材料在530-580℃保温0.5-1.5 h；

E、时效处理：将铝合金材料在160-190℃保温4-12 h进行时效处理；

所述步骤C的固溶处理工艺，将挤压后铝合金材料在在570℃保温1 h。

2.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料的生产状态包括有T4、T5、T6。

3.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料铸锭通过半连续铸造制成，所述铝合金材料铸锭的直径为165 mm。

4.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述步骤A中，将铝合金材料铸锭在570℃温度下保温12 h进行均匀化处理。

5.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述步骤C中挤压后铝合金材料为直径28 mm的铝合金圆棒。

6.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述步骤E的时效处理工艺，将铝合金材料在170℃保温8h进行时效处理。