專利名稱：高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金及其制備方法，屬于有色金屬技術領域。
背景技術：
世界交通運輸車輛總的發展趨勢是輕量化，以達到節能降耗和減小污染的目的。 多年來，鋁材以眾多獨特的性能、良好的加工成形性和較低的生產成本，逐漸替代汽車中的鋼材，成為促進汽車輕量化的重要材料之一。與傳統鑄鐵材料相比，采用鋁合金鍛件生產汽車部件不僅可以使重量大大減輕， 強度、韌性及延展性大幅度提高，而且還可以使材料獲得可靠的內部質量和優異的綜合性能。因此，開發具有優異性能的鋁合金鍛件產品為實現汽車輕量化，降低污染和能源消耗具
有重要意義。汽車上采用的傳統鍛造鋁合金是6061合金，由于其Mg和Si含量較低，熱處理后材料的屈服強度僅為280MI^左右。隨著汽車輕量化的發展需要，對材料的力學性能提出了更加嚴格的要求，同時要求材料更易于加工，生產成本更低。研究表明，在6X X X系合金中，通過增加Mg和Si的含量來提高Mg2Si強化相的數量可以進一步提高合金的強度，但增加到一定程度后，不僅不能獲得期望的強度值，還會嚴重降低材料的塑性及韌性。此外， 6XXX系鋁合金在鍛造和固溶過程中易發生再結晶，產生粗大晶粒，導致力學性能急劇降低。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金及其制備方法。本發明的目的通過以下技術方案來實現
高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金，特點是其成分的質量百分含量為Mg 0. 6 1. 5wt. %，Si 0. 8 1. 6wt. %，Cu 0. 2 0. 8wt. %，Mn 0. 2 1. Owt. %，Cr 0. Γθ. 4wt. %，Ti 0. ΟΓΟ. lwt. %，Fe ( 0. 25wt. %，不可避免的雜質總和彡0. 15wt. %，余量為Al。本發明高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金的制備方法，首先，采用半連續鑄造方式制備合金鑄錠，在制造過程中控制成分含量Mg 0. 6^1. 5wt. %, Si 0. 8^1. 6wt. %, Cu 0. 2 0. 8wt. %，Mn 0. 2 1. Owt. %，Cr 0. Γθ. 4wt. %，Ti 0. θΓθ. lwt. %，Fe ( 0. 25wt. %，不可避免的雜質總和<0. 15wt.%，余量為Al ；然后均勻化，鑄錠在循環風爐中隨爐升溫至 52(T570°C，保溫壙10h，空冷；再進行熱加工熱變形，經過均勻化處理后的鑄錠，在熱加工裝備上熱加工，保證合金熱加工的終了溫度不低于350°C，應變量不低于0. 5 ；最后熱處理， 在52(T570°C保溫廣2h，淬火，然后在17(T200°C時效處理4 9h。進一步地，上述的高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金的制備方法，所述合金經過半連續鑄造、均勻化、熱加工以及熱處理后，合金的亞晶百分數>60%，亞晶晶粒尺寸< 25 μ m。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在
本發明通過優化合金的成分及加工工藝，減小亞晶(晶粒)尺寸、提高亞晶百分數，強化相細小彌散，顯著提高合金的性能；本發明合金的力學性能、耐蝕性能和疲勞性能均明顯優于常規工藝制得的合金。
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明 圖1 合金較優鍛造組織照片；
圖2 發生粗晶鍛造組織照片； 圖3 應變量較小的鍛造組織照片。
具體實施例方式高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金，成分的質量百分含量為Mg 0. 6^1. 5wt. %, Si 0. 8 1. 6wt. %，Cu 0. 2 0. 8wt. %，Mn 0. 2 1. Owt. %，Cr 0. Γθ. 4wt. %，Ti 0. θΓθ. lwt. %， Fe ( 0. 25wt. %，不可避免的雜質總和< 0. 15wt. %，余量為Al。本發明高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金的制備方法，首先，采用半連續鑄造方式制備合金鑄錠，在制造過程中控制成分含量Mg 0. 6^1. 5wt. %, Si 0. 8^1. 6wt. %, Cu 0. 2 0. 8wt. %，Mn 0. 2 1. Owt. %，Cr 0. Γθ. 4wt. %，Ti 0. θΓθ. lwt. %，Fe ( 0. 25wt. %，不可避免的雜質總和<0. 15wt.%，余量為Al ；然后均勻化，鑄錠在循環風爐中隨爐升溫至 52(T570°C，保溫壙10h，空冷；再進行熱加工熱變形，經過均勻化處理后的鑄錠，在熱加工裝備上熱加工，保證合金熱加工的終了溫度不低于350°C，應變量不低于0. 5 ；最后熱處理， 在52(T570°C保溫廣2h，淬火，然后在17(T200°C時效處理4 9h。通過該方法制備的合金， 亞晶(晶粒)尺寸< 25 μ m、亞晶百分數彡60%、強化相細小彌散，因此強度高、韌性、疲勞以及耐蝕性好。本發明的鋁合金在較低變形溫度的熱加工情況下，原始鑄造晶粒被拉長，內部有較多呈近似等軸狀的亞晶，亞晶之間的取向差較小；在較高變形溫度的鍛造情況下，亞晶之間的取向差較大，有些甚至超過15°，成為大角晶界。全部由大角晶界組成的亞晶，即熱變形過程中形成的新的動態再結晶晶粒。除此之外，較高變形溫度的合金的亞晶尺寸也相應較大。根據上述描述，合金的微觀組織用兩個參數來定量表述，分別為亞晶(晶粒)尺寸及亞晶百分數。亞晶界以15°和2°為臨界值，大于15°為大角度晶界、介于15°和2°之間的為小角度亞晶界、2°以下的認為不存在亞晶界。亞晶(晶粒)尺寸以2°以上的晶界(包含小角度亞晶界及大角度晶界)進行統計。亞晶百分數的定義則是2° ^15°之間亞晶界占整個晶界的百分數。合金加工組織特征通過這上述兩個參數可以表述為，變形溫度的越高，亞晶百分數越小、亞晶(晶粒)尺寸越大。本發明的合金在熱加工之后進行固溶時效熱處理。在固溶熱處理時，合金組織會發生變化，固溶處理后亞晶(晶粒)尺寸均會發生長大，但長大趨勢與合金的變形溫度有關， 鍛造溫度越高，長大趨勢越小。當變形溫度過低時，合金會因變形儲能太多而發生靜態再結晶形成粗晶，導致力學性能急劇下降。
因此，本發明制備的變形鋁合金，變形溫度適當，避免了變形溫度太低而在固溶過程形成的粗晶，也避免了鍛造溫度太高而導致較低的亞晶百分數。除在加工工藝控制組織、 改善性能外，還在成分上保證了合金的高強高韌。Mg和Si是6X X X系鋁合金中的主要合金元素，本發明合金通過控制Mg和Si的比值及過剩Si含量來提高材料強度。Cu和其他合金元素一起形成細小彌散分布的強化相， 顯著提高材料的時效硬化性能，但Cu含量不能過高，否則合金的耐腐蝕性能下降。Mn和Cr 有兩方面的作用，第一個作用是合金在均勻化過程中會析出細小彌散的第二相，這些第二相在固溶熱處理過程中抑制了位錯的移動，起著穩定鍛造亞晶組織的作用，從而提高合金的強度、韌性、疲勞和耐腐蝕性能；第二個作用是使含狗相從針狀的β相轉變為塊狀的α 相，在一定程度上減輕脆性針狀的β相對韌性、疲勞等性能的有害影響。Ti在鑄造過程中細化鑄態晶粒，Fe在本發明合金中為雜質元素，會與其他元素一起形成粗大難溶的金屬間化合物。合金元素過多會形成過多的第二相，降低材料的力學性能、韌性和疲勞性能，因此將其控制在合理的范圍內。下面結合具體實施例對本發明實施方式做進一步描述
通過半連鑄的方法將如表1所示的成分合金鑄造成直徑為φ 120mm的圓棒，在550°C均勻化處理6小時后，車皮切斷成Φ IOOmmX 250mm的圓柱形錠坯。在油壓機上沿軸向以Imm/ s的速度進行壓縮。實驗方案如表2所示。然后進行T6處理，工藝為在535°C下固溶2小時，在180°C 下時效6小時。最后對T6態合金進行組織定量分析和性能測試，不同合金成分和鍛造工藝的組織特征和性能分別如表3和表4所示。表1合金成分
權利要求
1.高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金，其特征在于其成分的質量百分含量為Mg 0. 6 1. 5wt. %，Si 0. 8 1. 6wt. %，Cu 0. 2 0. 8wt. %，Mn 0. 2 1. Owt. %，Cr 0. Γθ. 4wt. %，Ti 0. ΟΓΟ. lwt. %，Fe ( 0. 25wt. %，不可避免的雜質總和彡0. 15wt. %，余量為Al。
2.權利要求1所述的高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金的制備方法，其特征在于 首先，采用半連續鑄造方式制備合金鑄錠，在制造過程中控制成分含量Mg 0. 6^1. 5wt. %, Si 0. 8 1. 6wt. %，Cu 0. 2 0. 8wt. %，Mn 0. 2 1. Owt. %，Cr 0. Γθ. 4wt. %，Ti 0. θΓθ. lwt. %， Fe ^ 0. 25wt. %，不可避免的雜質總和< 0. 15wt. %，余量為Al ；然后均勻化，鑄錠在循環風爐中隨爐升溫至52(T570°C，保溫壙10h，空冷；再進行熱加工熱變形，經過均勻化處理后的鑄錠，在熱加工裝備上熱加工，保證合金熱加工的終了溫度不低于350°C，應變量不低于0. 5 ； 最后熱處理，在52(T570°C保溫廣2h，淬火，然后在17(T200°C時效處理4 9h。
3.根據權利要求2所述的高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金的制備方法，其特征在于 制備獲得的合金，其合金的亞晶百分數彡60%，亞晶晶粒尺寸< 25μπι。
全文摘要
本發明涉及高強高韌Al-Mg-Si-Cu變形鋁合金及制備方法，合金中Mg0.6~1.5wt.%，Si0.8~1.6wt.%，Cu0.2~0.8wt.%，Mn0.2~1.0wt.%，Cr0.1~0.4wt.%，Ti0.01~0.1wt.%，Fe≤0.25wt.%，不可避免的雜質總和≤0.15wt.%，余量為Al。其制法采用半連續鑄造方式制備合金鑄錠；然后均勻化，鑄錠在循環風爐中隨爐升溫至520~570oC，保溫4~10h，空冷；再進行熱加工熱變形，經過均勻化處理后的鑄錠，在熱加工裝備上熱加工，保證合金熱加工的終了溫度不低于350℃，應變量不低于0.5；最后熱處理。
文檔編號C22C21/02GK102337434SQ201110237340
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者徐義, 李煉, 郭世杰, 長海博文, 韓逸, 馬科 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司