CN108559889A - 一种微合金化中强耐蚀铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微合金中强耐蚀铝合金，各组分及其重量百分比为：Mg元素含量为0.4～0.8％，Si元素含量为0.5～1.0％，Cu元素含量为0.3～0.6％，Mn元素含量为0.2～0.4％，Er元素含量为0.15～0.35％，Zr元素含量为0.10～0.25％，B元素含量为0.01～0.06％，Fe元素含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。所述铝合金具有高的耐蚀性能及良好的力学性能，其制备方法也简单易行，成本较低。本发明中所述的铝合金在汽车、高铁、船舶、海工工程等领域存在很大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，特别涉及一种微合金化中强耐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
Al～Mg～Si系铝合金具有轻质高强、成型性优良等特点，广泛用于工业结构部件，如汽车车身覆盖件、船舶甲板、船体等结构。这些工业结构部件工作环境要求Al～Mg～Si系铝合金同时具备较高的强度、塑性、耐蚀性能及可焊性等性能，但是铝合金这些性能往往是相互矛盾的，通常很难同时获得优良的耐蚀性、强度与塑性。为了提高Al～Mg～Si系铝合金的强度，通常提高Mg、Si元素含量，但促使Mg5Al8相沿晶界连续析出，降低合金耐蚀性，加工性能大大降低。在某些合金添加Cu元素以增加强度，但是降低了材料的耐蚀性。目前相关研究主要集中在调整材料合金成分、改进形变热处理工艺等方面的研究，但是Al～Mg～Si系铝合金耐腐蚀性能还需要进一步提高。本发明基于多元微合金化的原理，设计一种新型的Al～Mg～Si系合金及制备方法，以提高合金强度与耐蚀性能。
发明内容
本发明提供一种微合金化中强耐蚀铝合金及其制备方法，所述铝合金具有高的耐蚀性能及良好的力学性能，其制备方法也简单易行，成本较低。
本发明为解决上述问题，采用下述技术方案。
一种微合金中强耐蚀铝合金，各组分及其重量百分比为：Mg元素含量为0.4～0.8％，Si元素含量为0.5～1.0％，Cu元素含量为0.3～0.6％，Mn元素含量为0.2～0.4％，Er元素含量为0.15～0.35％，Zr元素含量为0.10～0.25％，B元素含量为0.01～0.06％，Fe元素含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。
一种微合金中强耐蚀铝合金的制备方法包括以下步骤：
(1)配比原料：按照权利要求1所述的组分及其重量百分比配比原料；
(2)原料熔炼：在755～785℃温度条件下，先将高纯铝锭熔化，随后加入Al-Er10、Al-Zr5、Al-Mn10、Al-B3、Al-Cu50、Al-Si15中间合金，待中间合金熔化后加入99.99％镁以及覆盖剂；
(3)精炼：在完全熔化的金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在730℃～750℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；
(4)浇注：当金属熔液温度降至700℃～720℃，充分静置后将金属熔液浇入温度为400℃～440℃金属模具内，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：将步骤(4)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一阶段在320～380℃下保温6～20h，第二阶段在420～450℃下保温10～25h，第三阶段在480～530℃下保温15～20h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为485℃～520℃，变形系数为10～20，采用强制空冷冷却；
(7)预拉伸变形处理：对步骤(6)获得的合金进行预拉伸变形处理，拉伸变形量为15％～45％；
(8)时效处理：对步骤(7)获得的合金进行时效处理，时效温度160～190℃，时效时间为10～30h，最终获得所述铝合金。
本发明的有益效果为：①所述铝合金中合理优化Mg、Si、Cu元素含量及配比，以较低合金含量，获得较高的强度。②添加微量B元素与Er元素，净化晶界，提高所述铝合金耐蚀性；③所述铝合金中添加Zr、Er、Mn元素，形成含一次Al3(Er，Zr)与Al6(Fe，Mn)相，抑制高温挤压再结晶，到达细化晶粒及提高合金耐蚀性的目的；④采用三级均匀化热处理工艺，使二次Al3(Er，Zr)相在组织中均匀弥散析出，进一步提高所述铝合金的强度与断裂韧性；⑤采用形变时效工艺，使得Mg2Si相在晶界晶内均匀弥散析出，进一步提高所述铝合金强度与耐蚀性；⑥利用Er替代Sc元素，使所述铝合金获得高强耐蚀等综合性能，同时降低了所述铝合金制备成本。上述合金成分设计与制备工艺的实施，保证了本合金具有优良的力学性能。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1
表1-1为所述铝合金组分及重量百分比。
表1-1所述铝合金组分及重量百分比
| 铸锭号 | Mg | Si | Cu | Er | Zr | B | Mn | Fe | Al |
| 1# | 0.60 | 0.84 | 0.50 | 0.25 | 0.15 | 0.04 | 0.30 | <0.15 | 余量 |
| 2# | 0.45 | 0.93 | 0.45 | 0.16 | 0.20 | 0.06 | 0.25 | <0.15 | 余量 |
| 3# | 0.75 | 0.65 | 0.60 | 0.32 | 0.10 | 0.05 | 0.35 | <0.15 | 余量 |
本发明中所述铝合金的制备方法为：
(1)配比原料：按照表1-1所示的组分及重量百分比配比原料；
(2)原料熔炼：在775℃温度条件下，先将先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Er10、Al-Zr5、Al-Mn10、Al-B3、Al-Cu50、Al-Si15中间合金，待中间合金熔化后加入99.99％镁以及覆盖剂；
(3)精炼：在完全熔化的金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在740℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；
(4)浇注：当金属熔液温度降至700℃，充分静置后将金属熔液浇入温度为430℃金属模具内，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：将步骤(4)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一阶段在360℃下保温9h，第二阶段在440℃下保温24h，第三阶段在520℃下保温24h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为520℃，变形系数为18，采用强制空冷冷却方式；
(7)拉伸变形处理：对步骤(6)获得的合金进行拉伸变形处理，拉伸变形量为30％；
(8)时效处理：对步骤(7)获得的合金进行时效处理，时效温度175℃，时效时间为12h，最终获得所述铝合金。
表1-2为通过上述步骤制备的合金的性能列表。
表1-2通过上述步骤制备的合金的性能列表
| 铸锭号 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 延伸率/％ | 盐雾腐蚀速率g/(m2·d) |
| 1# | 328 | 306 | 22 | 0.014 |
| 2# | 345 | 318 | 17.3 | 0.016 |
| 3# | 337 | 309 | 19.2 | 0.013 |
从表1-2可以看出：本发明所述的高热导铝合金在所述的制备工艺下可稳定的制备出合金抗拉强度超过320MPa，延伸率超过17％，盐雾腐蚀速率不超过0.016g/(m2·d)，力学性能远高于传统6063铝合金水平，但耐蚀性高于6063铝合金。因而，在汽车、高铁、船舶、海工工程等领域存在很大的应用潜力。
实施例2
表2-1为所述铝合金组分及重量百分比。
表2-1所述铝合金组分及重量百分比
| 铸锭号 | Mg | Si | Cu | Er | Zr | B | Mn | Fe | Al |
| 4# | 0.50 | 0.90 | 0.35 | 0.20 | 0.13 | 0.02 | 0.30 | <0.15 | 余量 |
| 5# | 0.65 | 0.83 | 0.45 | 0.24 | 0.18 | 0.04 | 0.35 | <0.15 | 余量 |
| 6# | 0.75 | 0.75 | 0.60 | 0.32 | 0.10 | 0.05 | 0.35 | <0.15 | 余量 |
本发明中所述铝合金的制备方法为：
(1)配比原料：按照表3所示的组分及重量百分比配比原料；
(2)原料熔炼：在765℃温度条件下，先将先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Er10、Al-Zr5、Al-Mn10、Al-B3、Al-Cu50、Al-Si15中间合金，待中间合金熔化后加入99.99％镁以及覆盖剂；
(3)精炼：在完全熔化的金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在735℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；
(4)浇注：当金属熔液温度降至710℃，充分静置后将金属熔液浇入温度为440℃金属模具内，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：将步骤(4)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一阶段在350℃下保温10h，第二阶段在430℃下保温24h，第三阶段在510℃下保温24h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为510℃，变形系数为15，采用强制空冷冷却方式；
(7)拉伸变形处理：对步骤(6)获得的合金进行拉伸变形处理，拉伸变形量为35％；
(8)时效处理：对步骤(7)获得的合金进行时效处理，时效温度165℃，时效时间为18h，最终获得所述铝合金。
表2-2为通过上述步骤制备的合金的性能列表。
表2-2通过上述步骤制备的合金的性能列表
| 铸锭号 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 延伸率/％ | 盐雾腐蚀速率g/(m2·d) |
| 4# | 332 | 304 | 18.9 | 0.015 |
| 5# | 326 | 310 | 20.4 | 0.010 |
| 6# | 347 | 329 | 18.2 | 0.016 |
从表2-2可以看出：本发明所述的高热导铝合金在所述的制备工艺下可稳定的制备出合金抗拉强度超过320MPa，延伸率超过17％，盐雾腐蚀速率不超过0.016g/(m2·d)，力学性能远高于传统6063铝合金水平，但耐蚀性高于6063铝合金。因而，在汽车、高铁、船舶、海工工程等领域存在很大的应用潜力。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (2)
1.一种微合金中强耐蚀铝合金，其特征在于，各组分及其重量百分比为：Mg元素含量为0.4～0.8％，Si元素含量为0.5～1.0％，Cu元素含量为0.3～0.6％，Mn元素含量为0.2～0.4％，Er元素含量为0.15～0.35％，Zr元素含量为0.10～0.25％，B元素含量为0.01～0.06％，Fe元素含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。
2.一种微合金中强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)配比原料：按照权利要求1所述的组分及其重量百分比配比原料；
(2)原料熔炼：在755～785℃温度条件下，先将高纯铝锭熔化，随后加入Al-Er10、Al-Zr5、Al-Mn10、Al-B3、Al-Cu50、Al-Si15中间合金，待中间合金熔化后加入99.99％镁以及覆盖剂；
(3)精炼：在完全熔化的金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在730℃～750℃的范围内，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；
(4)浇注：当金属熔液温度降至700℃～720℃，充分静置后将金属熔液浇入温度为400℃～440℃金属模具内，即可获得合金铸锭；
(5)三级均匀化处理：将步骤(4)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一阶段在320～380℃下保温6～20h，第二阶段在420～450℃下保温10～25h，第三阶段在480～530℃下保温15～20h；
(6)挤压变形处理：对步骤(5)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为485℃～520℃，变形系数为10～20，采用强制空冷冷却；
(7)预拉伸变形处理：对步骤(6)获得的合金进行预拉伸变形处理，拉伸变形量为15％～45％；
(8)时效处理：对步骤(7)获得的合金进行时效处理，时效温度160～190℃，时效时间为10～30h，最终获得所述铝合金。
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