本發明屬于鋁合金
技術領域：
，具體是涉及一種高強韌al-mg-si系鋁合金及其制備方法。
背景技術：
：隨著交通運輸工具輕量化和便攜式電子產品輕薄化的發展，對鋁合金材料的性能也提出了更高的要求。例如，隨著汽車、船舶、軌道車輛等交通運輸工具輕量化發展，車身覆蓋劑、車廂、車體、枕梁、橫梁、保險桿、防撞梁等都迫切需要高強度、耐腐蝕、焊接性能和成形性能優良的鋁合金來替代現有的鋼鐵材料，以達到車身結構的輕量化和節能減排的目的。又如，隨著平板電腦、筆記本電腦、智能手機等便攜式電子產品大屏化和輕薄化的發展，急需高強度、高韌性的鋁合金外殼來提高機身的抗壓、抗彎能力，以避免機身出現彎曲、彎折等現象，同時還要滿足便攜式電子產品對外觀件的高裝飾性要求。al-mg-si系鋁合金屬于中等強度的可熱處理強化鋁合金，廣泛用于建筑、包裝、機械、電子等領域。但目前常用的6101、6005、6063、6061等牌號的al-mg-si系鋁合金，雖然具有良好的成形性能、耐腐蝕性能、焊接性能和氧化著色性能，但是mg、si含量較低，強度也普遍較低，抗拉強度通常小于300mpa，無法滿足交通運輸工具輕量化和便攜式電子產品輕薄化發展對鋁合金強度的要求。隨著al-mg-si系鋁合金中mg、si元素含量的升高，mg2si強化相的數量增多，合金的強度隨之升高。但隨著合金強度的上升，合金的塑性開始下降，成形性能、耐腐蝕性能和焊接性能也開始變壞，又無法滿足交通運輸工具輕量化發展對鋁合金成形性能、耐腐蝕和焊接性能的要求，特別是當si含量太高時，會顯著惡化合金的氧化著色性能，導致氧化色差增大，顏色變灰、變暗而失去金屬光澤，無法滿足便攜式電子產品對外觀件的高裝飾性要求。技術實現要素：本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種強度高、塑性好、耐腐蝕、焊接性能和氧化著色性能優良，能夠滿足交通運輸工具輕量化和便攜式電子產品輕薄化發展需求的高強韌al-mg-si系鋁合金及其制備方法。本發明的技術方案是這樣實現的：本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金，其特點是由以下成分及質量百分比組成：mg0.6～0.9%，si0.4～0.6%，li0.3～0.5%，zr0.005～0.015%，b0.001～0.003%，re0.01～0.03%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。優選的，本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金，由以下成分及質量百分比組成：mg0.8%，si0.5%，li0.4%，zr0.01%，b0.002%，re0.02%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，所述re的成分組成及質量百分比為：pr21.4%，nd14.5%，pm18.1%，sm16.9%，eu13.8%，gd15.3%。本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金的制備方法，其特點是包括以下步驟：第一步：選用工業純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1b合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在720～760℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.6～0.9%的純鎂錠、0.4～0.6%的速溶硅和3～5%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：對鋁合金液精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.1～0.3%的al5zr1b合金和0.01～0.03%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至680～720℃并靜置0.5～1小時，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在520～540℃固溶處理3～5小時，水淬后，在170～180℃時效處理8～12小時，隨爐冷卻后得到高強韌al-mg-si系鋁合金。本發明與現有技術相比，具有以下優點：本發明al-mg-si系鋁合金的室溫抗拉強度大于310mpa，屈服強度大于275mpa，伸長率大于12%，具有強度高、塑性好、耐腐蝕、焊接性能和氧化著色性能優良的特點，適合于制造汽車、船舶、軌道車輛等交通運輸工具輕量化用鋁合金板材、管材、棒材、型材以及平板電腦、筆記本電腦、智能手機等便攜式電子產品的外殼，具有廣闊的市場應用前景。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明作進一步的詳細說明。本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金，由以下成分及質量百分比組成：mg0.6～0.9%，si0.4～0.6%，li0.3～0.5%，zr0.005～0.015%，b0.001～0.003%，re0.01～0.03%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。優選的，所述高強韌al-mg-si系鋁合金的成分及質量百分比組成為：mg0.8%，si0.5%，li0.4%，zr0.01%，b0.002%，re0.02%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%。其中，所述re的成分組成及質量百分比為：pr21.4%，nd14.5%，pm18.1%，sm16.9%，eu13.8%，gd15.3%。mg和si是本發明al-mg-si系鋁合金的主要合金元素，mg和si通過形成mg2si強化相相來增強鋁合金的強度。mg和si的含量越高，mg2si強化相的數量也越多，鋁合金的強度也越高。但隨著合金強度的上升，塑性開始下降，成形性能、耐腐蝕性能、焊接性能和氧化著色性能也開始變壞。為了保證合金具有足夠的強度、塑性以及良好的耐腐蝕性能、焊接性能和氧化著色性能，因此，mg含量選擇在0.6～0.9%，si含量選擇在0.4～0.6%，優選的，mg含量為0.8%，si含量為0.5%。li是在鋁合金的時效過程中還會析出納米尺寸的al3li和al2mgli強化相，這些強化相可以釘扎位錯、亞晶和晶界，提高鋁合金的強度、塑性和焊接性能。添加0.3～0.5%的li即可對鋁合金產生明顯的強化效果，優選的，li添加量為0.4%。zr、b是以al5zr1b合金的形式加入到鋁合金中，al5zr1b合金是由氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀的混合物與鋁液反應得到，內部含有大量的zrb2粒子。al5zr1b合金是一種新型的鋁合金晶粒細化劑，發明人的大量實驗證明，al5zr1b合金比現有的al5ti1b和al5ti1c合金具有更強的晶粒細化能力，添加0.1～0.3%的al5zr1b合金，鋁合金中含有0.005～0.015%的zr和0.001～0.003%的b，可顯著細化鋁合金的晶粒，改善鋁合金的組織均勻性，提高鋁合金的塑性和成形性能，優選的，al5zr1b合金添加量為0.2%，鋁合金中含有0.01%的zr和0.002%的b。re是含有pr、nd、pm、sm、eu、gd共六種輕稀土元素的混合稀土，輕稀土元素的物理化學性質活潑，能與鋁合金液中的氫、氧、鐵、錳、銅、鋅等雜質元素反應生成高熔點、高穩定性的稀土化合物，對鋁合金液有深度凈化作用，可以消除雜質元素的有害影響，同時稀土元素還有固溶強化和稀土化合物第二相強化作用，從而可以進一步提高鋁合金的強度、耐腐蝕性能和焊接性能。發明人的實驗研究表明，添加含有pr、nd、pm、sm、eu、gd共六種輕稀土元素的混合稀土的效果比添加一種或少數幾種輕稀土元素的效果都更好，因此，選擇添加0.01～0.03%的混合輕稀土，優選的，混合輕稀土添加量為0.02%。本發明還提供了所述高強韌al-mg-si系鋁合金的制備方法，具體包括以下步驟：第一步：選用工業純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1b合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在720～760℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.6～0.9%的純鎂錠、0.4～0.6%的速溶硅和3～5%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：對鋁合金液精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.1～0.3%的al5zr1b合金和0.01～0.03%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至680～720℃并靜置0.5～1小時，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在520～540℃固溶處理3～5小時，水淬后，在170～180℃時效處理8～12小時，隨爐冷卻后得到高強韌al-mg-si系鋁合金。本發明的制備方法，選用工業純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1b合金和混合稀土re作為原材料，通過優化mg、si主合金元素的含量，添加al10li合金進行微合金強化，經精煉除氣、除渣后，再加入al5zr1b合金和混合輕稀土re，能夠充分發揮al5zr1b合金和混合輕稀土re對鋁合金液的晶粒細化和深度凈化作用，確保本發明al-mg-si系鋁合金獲得高強度、高塑性以及優良的成形性能、耐腐蝕性能、焊接性能和氧化著色性能。為了更詳盡的描述本發明的鋁合金及制備方法，以下列舉幾個實施例作更進一步的說明。實施例1：本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金的成分及質量百分比組成為：mg0.6%，si0.4%，li0.3%，zr0.005%，b0.001%，re0.01%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質量百分比為：pr21.4%，nd14.5%，pm18.1%，sm16.9%，eu13.8%，gd15.3%。制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1b合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在720℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.6%的純鎂錠、0.4%的速溶硅和3%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對鋁合金液進行精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.1%的al5zr1b合金和0.01%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至680℃并靜置1小時，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在520℃固溶處理5小時，水淬后，在180℃時效處理8小時，隨爐冷卻后得到高強韌al-mg-si系鋁合金。實施例2：本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金的成分及質量百分比組成為：mg0.8%，si0.5%，li0.4%，zr0.01%，b0.002%，re0.02%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質量百分比為：pr21.4%，nd14.5%，pm18.1%，sm16.9%，eu13.8%，gd15.3%。制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1b合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在740℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.8%的純鎂錠、0.5%的速溶硅和4%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對鋁合金液進行精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.2%的al5zr1b合金和0.02%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至700℃并靜置0.8小時，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在530℃固溶處理4小時，水淬后，在175℃時效處理10小時，隨爐冷卻后得到高強韌al-mg-si系鋁合金。實施例3：本發明所述的高強韌al-mg-si系鋁合金的成分及質量百分比組成為：mg0.9%，si0.6%，li0.5%，zr0.015%，b0.003%，re0.03%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質量百分比為：pr21.4%，nd14.5%，pm18.1%，sm16.9%，eu13.8%，gd15.3%。制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1b合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在760℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.9%的純鎂錠、0.6%的速溶硅和5%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對鋁合金液進行精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.3%的al5zr1b合金和0.03%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至720℃并靜置0.5小時，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在540℃固溶處理3小時，水淬后，在17℃時效處理12小時，隨爐冷卻后得到高強韌al-mg-si系鋁合金。按中華人民共和國國家標準gb/t16865-2013，將實施例1-3的al-mg-si系鋁合金加工成標準拉伸試樣，在dns200型電子拉伸試驗機上進行室溫拉伸，拉伸速率為2毫米/分鐘，拉伸力學性能如表1所示。表1實施例1-3的al-mg-si系鋁合金的拉伸力學性能實施例序號抗拉強度/mpa屈服強度/mpa伸長率/%實施例1316.5275.317.5實施例2334.3291.415.8實施例3358.1316.712.3由表1的檢測結果可見，本發明al-mg-si系鋁合金的室溫抗拉強度大于310mpa，屈服強度大于275mpa，伸長率大于12%，具有強度高、塑性好、耐腐蝕、焊接性能和氧化著色性能優良的特點，適合于制造汽車、船舶、軌道車輛等交通運輸工具輕量化用鋁合金板材、管材、棒材、型材以及平板電腦、筆記本電腦、智能手機等便攜式電子產品的外殼，具有廣闊的市場應用前景。本發明是通過實施例來描述的，但并不對本發明構成限制，參照本發明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發明權利要求限定的范圍之內。當前第1頁12