CN113430428B - 一种Al-Mg-Si铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Si铝合金,其特征在于:该铝合金的质量百分比组成为Er:0.01wt%~0.2wt%,Zr:0.01wt%~0.06wt%,Si:0.9wt%~1.05wt%,Mg:0.9wt%~1.2wt%,Mn:0.5wt%~0.8wt%,Zn:0.01wt%~0.2wt%,Ti:0.01wt%~0.1wt%,Cr:0.01wt%~0.2wt%,余量为Al及不可避免的杂质。本发明在Al‑Mg‑Si铝合金中添加Zr对再结晶的抑制效果非常明显,提高合金的再结晶温度,使得再结晶晶粒细化,提高合金强度和改善塑性;Er是一种有效地微合金化元素,能够和Al形成具有L12结构的Al3Er相,和Zr复合添加时还能形成热稳定性更好的Al3(ZrxEr1‑x)相,这些强化相能够有效的改善铝合金的组织性能,提高铝合金的综合性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域,具体涉及一种Al-Mg-Si铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中己大量应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展,我国汽车节能减排政策的发布与实施,近几年我国新能源汽车呈现快速发展态势。与传统油气汽车不同,新能源汽车受动力电池重量、动力电池续航里程制约以及汽车节能减排政策限制,在车辆设计和材料应用上,其车体轻量化成为新能源汽车首要考虑问题,在一些部件采用铝材成为新能源汽车制造的首要选择。其中汽车底盘转向部件是用在汽车转向器起连接和转向作用的部件,是汽车产品的关键安全件,对材料的力学性能有很高的要求,对材料的力学性能要求是:抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12%。现有的Al-Mg-Si系铝合金还不能满足底盘转向部件的性能要求。目前,达到底盘转向部件性能要求的新型Al-Mg-Si铝合金材料技术掌握在日本企业。开发具有自主知识产权的高强Al-Mg-Si铝合金材料,不仅能够带来巨大的经济效益,还可以改变高性能铝合金型材依赖进口的局面,提升国产汽车零部件的品质,并能够助力国内汽车轻量化的发展。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种力学性能优异的Al-Mg-Si铝合金及其制备方法。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为:一种Al-Mg-Si铝合金,其特征在于:该铝合金的质量百分比组成为Er:0.01wt%~0.2wt%,Zr:0.01wt%~0.06wt%,Si:0.9wt%~1.05wt%,Mg:0.9wt%~1.2wt%,Mn:0.5wt%~0.8wt%,Zn:0.01wt%~0.2wt%,Ti:0.01wt%~0.1wt%,Cr:0.01wt%~0.2wt%,余量为Al及不可避免的杂质。
作为优选,所述铝合金的微观组织中含有L12结构的Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相,所述Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相的总面积含量为0.1%~1.5%。将Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相的总面积含量控制在0.1%~1.5%,既能够保证强度优异,又具有优良的塑性。
作为优选,所述铝合金的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12%。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种Al-Mg-Si铝合金的制备方法。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为:一种Al-Mg-Si铝合金的制备方法,其特征在于包括以下制备步骤:
1)配料:按照所需成分进行配料,配料在200℃~300℃烘干,烘干时间1~1.5h;
2)熔炼:将炉温升至820℃~850℃,加入铝锭,并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护,当铝锭开始熔化后,将温度调至700℃~740℃,待铝锭全部熔化后加入其他配料;
3)除渣:将熔体除渣,在线熔体氢含量≤0.12ml/100gAl;
4)铸造:铸棒出结晶器速度为125~135mm/min;
5)挤压:将铝合金铸棒加工成挤压坯料,挤压坯料加热到520℃~550℃,保温12h~24h进行均匀化处理,然后将挤压坯料温度调整到500℃~520℃,挤压模具加热到460℃~500℃,盛锭筒温度380℃~420℃,然后利用挤压机进行挤压,挤压过程中出料口温度为510℃~570℃,挤压比15:1~30:1,挤出速度为6mm/s~9mm/s,水冷,得到成品棒材;
6)固溶和时效处理:将成品棒材在热处理炉中加热至530℃~555℃,保温1h~3h,出炉后立即在60℃~80℃热水中进行淬火处理,将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至165℃~175℃,保温8h~12h进行时效处理。
将成品棒材在热处理炉中加热至530℃~555℃,保温1h~3h,出炉后立即在60℃~80℃热水中进行淬火处理,将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至165℃~175℃,保温8h~12h进行时效处理。固溶温度太高会发生过烧对材料产生永久损害,温度太低难以达到固溶效果;时效温度低或时间短时,析出相小而弥散,但析出量少,时效进行的不彻底,时效条件在选取条件内,析出相弥散/细密,数量多,时效过程基本完成,时效温度过高或者过长会导致时效析出相明显长大,发生过时效现象。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1)在Al-Mg-Si铝合金中添加Zr对再结晶的抑制效果非常明显,提高合金的再结晶温度,使得再结晶晶粒细化,提高合金强度和改善塑性;Er是一种有效地微合金化元素,能够和Al形成具有L12结构的Al3Er相,和Zr复合添加时还能形成热稳定性更好的Al3(ZrxEr1-x)相,这些强化相能够有效的改善铝合金的组织性能,提高铝合金的综合性能。
2)铝合金的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12%、弹性模量≥70GPa。
附图说明
图1为本发明实施例1-3和对比例铝合金的挤压态拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1:
本实施例的Al-Mg-Si铝合金的质量百分比组成为:Si为1.0%,Mn为0.55%,Mg为1.1%,Zn为0.15%,Ti为0.05%,Zr为0.015%,Cr为0.15%,Er为0.15%和余量为Al。
Al-Mg-Si铝合金的制备步骤为:
1)按照上述成分称取硅锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、纯镁锭、铝锌中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝铒中间合金和纯铝锭,将配好的铝合金原料在250℃烘干,烘干时间1h;
2)将炉温升至830℃,加入铝锭,并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护,当铝锭开始熔化后,将温度调至720℃,以防止铝锭出现过烧现象,待铝锭全部熔化后加入其他所有中间合金和镁锭,混合均匀;
3)采用在线除气除渣技术与电磁净化技术集成方法,以达到净化效率和净化效果,获得了高品质铝熔体,其氢含量≤0.12ml/100gAl;
4)加入细化剂提高了细化效果,在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化,铸棒速度130mm/min;
5)挤压棒材制备:将上述铝合金铸棒加工成挤压坯料,挤压坯料加热到530℃,保温18h进行均匀化处理,然后将挤压坯料温度调整到510℃,挤压模具加热到480℃,盛锭筒温度400℃,然后利用挤压机进行挤压,挤压过程中出料口温度为530℃,挤压比20:1,挤出速度为8mm/s,水冷,得到成品棒材;
6)固溶和时效处理:将成品棒材在热处理炉中加热至温度为545℃,保温2h,出炉后立即在60℃~80℃热水中进行淬火处理,最后将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至温度为170℃,保温10h进行时效处理,即制备一种高强Al-Mg-Si铝合金及其制备方法棒材。
实施例2
本实施例的Al-Mg-Si铝合金的质量百分比组成为:Si为1.0%,Mn为0.55%,Mg为1.1%,Zn为0.15%,Ti为0.05%,Zr为0.045%,Cr为0.01,Er为0.15%和余量为Al。
Al-Mg-Si铝合金的制备步骤为:
1)按照上述成分称取硅锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、纯镁锭、铝锌中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝铒中间合金和纯铝锭,将配好的铝合金原料在240℃烘干,烘干时间1.5h;
2)将炉温升至840℃,加入铝锭,并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护,当铝锭开始熔化后,将温度调至720℃,以防止铝锭出现过烧现象,待铝锭全部熔化后加入其他所有中间合金和镁锭,混合均匀;
3)采用在线除气除渣技术与电磁净化技术集成方法,以达到净化效率和净化效果,获得了高品质铝熔体,其氢含量≤0.12ml/100gAl;
4)加入细化剂提高了细化效果,在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化,铸棒速度127mm/min;
5)挤压棒材制备:将上述铝合金铸棒加工成挤压坯料,挤压坯料加热到540℃,保温20h进行均匀化处理,然后将挤压坯料温度调整到520℃,挤压模具加热到500℃,盛锭筒温度380℃,然后利用挤压机进行挤压,挤压过程中出料口温度为550℃,挤压比25:1,挤出速度为6mm/s,水冷,得到成品棒材;
6)固溶和时效处理:将成品棒材在热处理炉中加热至温度为550℃,保温1h,出炉后立即在60℃~80℃热水中进行淬火处理,最后将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至温度为168℃,保温8h进行时效处理,即制备一种高强Al-Mg-Si铝合金及其制备方法棒材。
实施例3
本实施例的Al-Mg-Si铝合金的质量百分比组成为:Si为1.0%,Mn为0.55%,Mg为1.05%,Zn为0.15%,Ti为0.05%,Zr为0.05%,Cr为0.15,Er为0.05%和余量为Al。
Al-Mg-Si铝合金的制备步骤为:
1)按照上述成分称取硅锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、纯镁锭、铝锌中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝铒中间合金和纯铝锭,将配好的铝合金原料在230℃烘干,烘干时间1.2h;
2)将炉温升至840℃,加入铝锭,并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护,当铝锭开始熔化后,将温度调至730℃,以防止铝锭出现过烧现象,待铝锭全部熔化后加入其他所有中间合金和镁锭,混合均匀;
3)采用在线除气除渣技术与电磁净化技术集成方法,以达到净化效率和净化效果,获得了高品质铝熔体,其氢含量≤0.12ml/100gAl;
4)加入细化剂提高了细化效果,在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化,铸棒速度128mm/min;
5)挤压棒材制备:将上述铝合金铸棒加工成挤压坯料,挤压坯料加热到540℃,保温20h进行均匀化处理,然后将挤压坯料温度调整到500℃,挤压模具加热到500℃,盛锭筒温度420℃,然后利用挤压机进行挤压,挤压过程中出料口温度为550℃,挤压比25:1,挤出速度为6mm/s,水冷,得到成品棒材;
6)固溶和时效处理:将成品棒材在热处理炉中加热至温度为535℃,保温1h,出炉后立即在60℃~80℃热水中进行淬火处理,最后将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至温度为175℃,保温8h进行时效处理,即制备一种高强Al-Mg-Si铝合金及其制备方法棒材。
对比例
对比例的质量百分比组成为:Si为1.0%,Mn为0.55%,Mg为1.05%,Zn为0.15%,Ti为0.05%,Zr为0.05%,Cr为0.15和余量为Al。
表1实施例的微观组织以及实施例、对比例的力学性能
Claims (1)
1.一种Al-Mg-Si铝合金的制备方法,其特征在于包括以下制备步骤:
1)配料:按照所需成分进行配料,配料在200℃~300℃烘干,烘干时间1~1.5h;
2)熔炼:将炉温升至820℃~850℃,加入铝锭,并在炉膛底部及铝锭上均匀撒上覆盖剂进行保护,当铝锭开始熔化后,将温度调至700℃~740℃,待铝锭全部熔化后加入其他配料;
3)除渣:将熔体除渣,在线熔体氢含量≤0.12ml/100gAl;
4)铸造:铸棒出结晶器速度为125~135mm/min;
5)挤压:将铝合金铸棒加工成挤压坯料,挤压坯料加热到520℃~550℃,保温12h~24h进行均匀化处理,然后将挤压坯料温度调整到500℃~520℃,挤压模具加热到460℃~500℃,盛锭筒温度380℃~420℃,然后利用挤压机进行挤压,挤压过程中出料口温度为510℃~570℃,挤压比15:1~30:1,挤出速度为6mm/s~9mm/s,水冷,得到成品棒材;
6)固溶和时效处理:将成品棒材在热处理炉中加热至530℃~555℃,保温1h~3h,出炉后立即在60℃~80℃热水中进行淬火处理,将淬火后的成品棒材在热处理炉中加热至165℃~175℃,保温8h~12h进行时效处理;
该铝合金的质量百分比组成为Er:0.01wt%~0.2wt%,Zr:0.01wt%~0.06wt%,Si:0.9wt%~1.05wt%,Mg:0.9wt%~1.2wt%,Mn:0.5wt%~0.8wt%,Zn:0.01wt%~0.2wt%,Ti:0.01wt%~0.1wt%,Cr:0.01wt%~0.2wt%,余量为Al及不可避免的杂质;所述铝合金的微观组织中含有L12结构的Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相,所述Al3Er相、Al3(ZrxEr1-x)相的总面积含量为0.1%~1.5%;所述铝合金的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥360MPa、延伸率A≥12%。
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