一种含Cu高强耐蚀Al-Mg-Si合金及其制备方法

一种含cu高强耐蚀al-mg-si合金及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种含cu高强耐蚀al-mg-si合金及其制备方法，属于有色金属合金技术领域。


背景技术：

2.6xxx系铝合金具有低密度、中等强度以及良好的耐蚀性和成形性,广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车制造及建材等行业。mg和si是该系列铝合金最主要的合金元素，一般mg和si的质量分数分别低于1.5％和1.8％。两者之和低于mg2si的最大固溶度1.85％。这类铝合金拥有良好的锻造和挤压变形性能，是可热处理强化的变形铝合金，析出强化是6xxx系铝合金的主要强化方式，mg2si是该合金的主要强化相。由于mg2si相在铝基体中的溶解度随着温度的下降而降低，使得该合金有很好的时效硬化能力，因此可以通过热处理的方式来调控合金中弥散析出的第二相，从而获得较高的强度。全球大约超80％挤压用部件采用6xxx系铝合金。
3.mg和si元素的平衡原子比为1.73：1。根据研究每增加0.1％mg2si可使合金峰值强度增加约5mpa,并且延伸率少量增加；每增加0.1％初生si,合金峰时效抗拉强度增加10-15mpa。si的过剩量越多，合金的强度越高。过量si的存在可能导致亚稳相的组成发生改变，局部区域和团簇中的mg/si的降低会使析出相增多而强化合金。但6xxx系铝合金在凝固结晶时，si原子极易在晶界上偏聚，形成非平衡共晶组织，对合金性能产生影响。因此，合理增加si的含量和降低mg/si可以提高合金的强度和成型性。当si含量过剩,合金的强度较高,且容易和杂质元素fe结合形成难溶相，减少fe元素对合金性能的不利影响；当mg含量过剩时,虽然合金的抗蚀性较好,但会影响其强化效果。所以一般情况下应尽量保持si含量略高于mg含量。
4.cu元素是该系合金中一种重要的合金元素，其对合金有一定固溶强化效果。此外，cu会加快al-mg-si-cu合金的时效硬化速率，提高合金的时效硬度，降低过时效软化过程。这是由于cu会促进时效过程中gp区形核，改变时效过程中析出相的种类，使得析出相更加细小弥散，数目更多。然而，cu的存在通常不利于al-mg-si合金的耐蚀性，因为晶界化学对cu的加入很敏感。一般认为，al-mg-si合金的晶间腐蚀与β’相、q相与其他富mg、si(或cu)的晶界析出相和铝基体形成电位差从而形成微电偶导致发生腐蚀，溶质贫化区也会和铝基体形成电位差进而导致晶界腐蚀。
5.考虑到添加过量si和适量cu可以提高6xxx系铝合金的强度，且合适的热处理工艺可进一步提高合金的强度、耐腐蚀和成形性等综合性能。本发明是在si过量的al-mg-si合金中，添加适量cu元素，通过适宜热处理工艺,以获得含cu的高强耐蚀al-mg-si铝合金。


技术实现要素：

6.本发明涉及一种含cu高强耐蚀al-mg-si合金及其制备方法，通过调整cu和主合金元素的添加量，优化热处理工艺参数，提高合金的力学性能，改善合金的耐腐蚀性能，以获
得一种含cu高强兼具较好耐腐蚀性能的al-mg-si铝合金材料。
7.本发明的技术方案是：
8.一种含cu高强耐蚀al-mg-si合金，其特征在于：在过量si的al-mg-si合金中添加cu元素，合金化学元素组成为mg 0.8wt％-1.2wt％，si 1.2wt％-1.6wt％，cu 0.05wt％-0.6wt％，mn 0.2wt％-0.6wt％，er 0.01wt％-0.2wt％，zr 0.01wt％-0.2wt％，余量为al。
9.进一步优选cu元素含量为0.2wt％～0.4wt％，更优cu元素含量为0.4wt％。
10.上述合金制备方法，包括如下操作步骤：
11.1)熔炼铸造：设计不同cu含量的合金，按照设计成分进行配料，熔铸得到铝合金铸锭，随后对铝合金铸锭进行切割铣面；
12.2)均匀化热处理：铝合金铸锭的均匀化热处理包括两种方法；第一种方法，单级均匀化热处理：535℃
±
20℃保温6-24h；第二种方法，双级均匀化热处理：第一级均匀化工艺为300℃
±
20℃保温8-12h，第二级均匀化工艺为535℃
±
20℃保温6-24h；
13.3)热轧变形：合金经过均匀化热处理后，随即在535℃均匀化温度下进行85％总变形量的热轧变形，空冷至室温；
14.4)固溶时效热处理：热轧态合金经过545℃
±
10℃固溶处理20-120min立即进行水淬，随后合金立即在150℃-185℃时效处理0-48h。
15.步骤4)进一步优选545℃固溶处理30min立即进行水淬，随后合金立即在155℃时效处理8-12h。
16.在此条件下，合金常温拉伸性能抗拉强度不低于380mpa，屈服强度不低于285mpa，延伸率不低于16％，剥落腐蚀评级在pc以上。最优cu含量合金常温拉伸性能抗拉强度可达387mpa，屈服强度可达302mpa，延伸率可达19％，剥落腐蚀评级为pc。
17.本发明的有益效果为：
18.1、本名发明充分利用添加过量si可以提高6xxx系铝合金的强度，合理增加合金中si含量，提高合金的力学性能。
19.2、在含有过量si的al-mg-si合金中加入cu元素，加快合金的时效硬化速率，改变时效过程中析出相的种类，使得析出相更加细小弥散，数目更多，改善合金的力学性能。同时优化合金的热处理工艺参数，进一步提高合金的强度、耐腐蚀和成形性等综合性能。
20.3、本发明的含cu高强耐蚀al-mg-si合金在500℃以上高温下具有良好的变形性能，合金在进行均匀化热处理后随即进行热轧变形，这有助于进一步缩短合金生产工艺流程，提高生产效率，降低生产成本，有利于合金工业化应用。
具体实施方式：
21.下面用具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施里均在本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于以下实施例和对比例。
22.实施例1
23.制备低含量cu合金铸锭，各合金元素质量分数为mg，0.9％；si，1.5％；cu,0.2％；mn，0.4％；er,0.15％；zr,0.15％,余量为al，对铝合金铸锭进行切割铣面。对铸锭进行双级均匀化热处理，双级均匀化工艺为：第一级300℃保温8-12h；第二级535℃保温12h。铸锭经过均匀化热处理后，随即在535℃均匀化温度下进行85％总变形量的热轧变形，空冷至室
温。对热变形后的合金进行545℃℃固溶处理30min，水淬，在155℃时效处理10h。进一步优选545℃固溶处理30min立即进行水淬，随后合金立即在155℃时效处理10h。
24.对实施例1板材沿轧向加工成拉伸试样，进行拉伸测试，测试温度为298k(室温)，温度误差
±
5k，拉伸速率2mm/min，拉伸测试结果列于1。同时对实施例1按照gb/t 22639-2008标准进行剥落腐蚀试验。
25.实施例2
26.制备中含量cu合金铸锭，各合金元素质量分数为mg，0.9％；si，1.5％；cu,0.4％；mn，0.4％；er,0.15％；zr,0.15％,余量为al，其步骤同实施例1，拉伸测试结果列于1。
27.实施例3
28.制备高含量cu合金铸锭，各合金元素质量分数为mg，0.9％；si，1.5％；cu,0.6％；mn，0.4％；er,0.15％；zr,0.15％,余量为al，其步骤同实施例1，拉伸测试结果列于1。
29.对比例1
30.制备不含cu合金铸锭，各合金元素质量分数为mg，0.9％；si，1.5％；mn，0.4％；er,0.15％；zr,0.15％,余量为al，其步骤同实施例1，拉伸测试结果列于1。
31.表1不同cu含量al-mg-si合金室温拉伸性能和剥落腐蚀评级
[0032][0033][0034]
以上是对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，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创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。