一種高強耐蝕Al-Mg合金的製作方法

2023-04-28 11:23:26

一種高強耐蝕Al-Mg合金的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高強耐蝕Al-Mg合金，化學成分重量百分比為：Fe≤0.3%；Si≤0.25%；Cu≤0.1%；Mn=0.4~1.2%；Mg=4.5~6.0%；Zn=0.25~0.55%；Cr=0.10~0.3%；Zr≤0.15%；Ti≤0.15%；餘量為Al。本發明解決了現有5083鋁合金在交通工具製造中現強度、耐蝕性不夠的問題，得到的合金抗拉強度σb≥320Mpa、屈服強度σ0.2≥160Mpa、延伸率δ≥23％，剝落腐蝕實驗等級達到PA級。
【專利說明】-種高強耐蝕AI-Mg合金
[0001]

【技術領域】
[0002] 本發明具體涉及一種Al-Mg合金，尤其是一種高強耐蝕Al-Mg合金。

【背景技術】
[0003] 近年來，我國交通運輸業發展迅速，交通工具輕量化已成為一種必然趨勢，而鋁合 金取代鋼鐵材料是交通工具輕量化的重要有效途徑。
[0004] 在汽車、貨車、高鐵、貨運火車、輪船等交通工具的製造中5083鋁合金應用最廣， 成為交通工具製造中的重要材料。5083鋁合金具有質量輕、中等強度、易成型、耐腐蝕等特 徵，降低了交通工具自重，提高了其運載能力，降低了能耗。
[0005] 但是目前的5083鋁合金在應用中還存在一些問題。根據GBT3880. 2-2006的力學 性能指標要求可知，常用的5083-0鋁合金要求抗拉強度〇b>275Mpa、屈服強度〇(|. 2彡125 Mpa、伸長率δ >15%，這在交通工具製造中強度略有不足。此外，對於輪船、貨櫃等長期 在海水中或沿海服役的設備，現有的5083鋁合金耐蝕性能還不能完全滿足要求。


【發明內容】

[0006] 鑑於目前交通工具製造中所用合金存在的強度不夠、耐蝕性不足的問題，本發明 提供了一種新型Al-Mg合金，具有高強、耐蝕的特性。
[0007] 本發明提供的高強耐蝕Al-Mg合金，化學成分重量百分比為：Fe彡0. 3% ; Si 彡 0· 25% ;Cu 彡 0· 1% ;Μη=0· 4?1. 2% ;Mg=4. 5?6. 0% ;Ζη=0· 25?0· 55% ;Cr=0. 1(Γ〇· 3% ; Zr彡0. 15% ;Ti彡0. 15% ;餘量為Α1。其中單個雜質彡0. 05%，合計雜質彡0. 15%。
[0008] 作為優選，合金化學成分重量百分比為：Fe彡0.26% ;Si彡0.2% ;Cu彡0. 1%; Μη=0. 46^1. 12% ；Mg=4. 6^5. 7% ；Ζη=0. 35^0. 52% ；Cr=0. 10^0. 23% ；Zr=0. 04^0. 14% ； Ti=0. 04?0· 14% ;餘量為 Al。
[0009] 作為優選，其中 Fe=0. 2?0· 26%、Si=0. 12?0· 18%、Cu=0. 04?0· 08%。
[0010] 作為本發明特別優選的方案，合金化學成分重量百分比為：Fe=0. 2~0. 26% ; Si=0. 12?0· 16% ;Cu=0. 05?0· 06% ;Μη=0· 6?1· 12% ;Mg=5. 5?5· 7% ;Ζη=0· 42?0· 49% ; Cr=0. 15?0· 23% ;Zr=0. 06?0· 14% ;Ti=0. 04?0· 13% ;餘量為 Al。
[0011] 在此基礎上，更優選的，Μη=0· 8?1· 0%。進一步的，Zr=0. 1?0· 14%、Ti =0· 1?0· 13%。
[0012] 本發明Al-Mg合金與現有的5083鋁合金相比，Mg含量提高為4. 5飛·0%，Mg可在 基體中產生固溶強化，提高合金強度；Μη含量略有增加，控制為0. 4~1. 2%，在這個範圍Μη可 以形成ΜηΑ16起到彌散強化作用，又不至於對延伸率產生明顯的不利影響。
[0013] 由於Mg含量的明顯增加，會導致在基體中析出大量β (Mg2Al3)相，如不採取其 他措施，0(Mg2Al 3)相一旦在晶界處成網狀分布，成為腐蝕通道，合金的耐蝕性能將急劇 惡化。而本發明將Zn加入合金中，可形成τ (Al2Mg3Zn3)相，τ (Al2Mg3Zn3)相能夠促使 β (Mg2Al3)相均勻彌散的在合金晶內和晶界析出，減少其連續分布，明顯提高合金的耐蝕性 能。因此，與現有技術相比，本發明Zn含量明顯提高，控制為0. 25、. 55%。
[0014] 但加入Zn後，合金熔體在凝固過程中容易形成"鋅花"，"鋅花"會惡化材料性能。 因此現有的Al-Mg合金生產中，Zn很少以合金成分加入。為了解決這個問題，本發明中加 入Ti的同時加入Zr，Ti、Zr具有明顯的晶粒細化效果，而且Ti、Zr混合加入效果更好，晶 粒細化既可以提高材料強度又不降低延伸率，Ti、Zr使得晶粒細化後又可以避免"鋅花"產 生。
[0015] 綜上，本發明通過提高Mg含量以提高合金強度，提高Zn含量避免因過多的Mg惡 化材料性能，加入Zr、Ti細化晶粒來避免產生"鋅花"。
[0016] 此外，Cu、Cr等元素形成CuMgAl2、Al2Cu等化合物彌散在材料中也能起一定彌散強 化作用，還可起到熱穩定性作用，因此加入一定量的Cu、Cr ;Fe、Si對材料塑性與腐蝕性能 不利，因此減少其含量。
[0017] 本發明A1 -Mg合金的生產方法，包括依次進行的配料、熔鑄、加熱處理和退 火的步驟，所述熔鑄溫度控制為730?750 °C，在710?720 °C澆鑄；所述加熱處理按 45(T470°C /24h ;所述退火按 33(T340°C /lh。
[0018] 本發明Al-Mg合金可採用壓力加工(如軋制、擠壓)，也可採用形變熱處理製備所需 材料和/或部件。將本發明Al-Mg合金製成合金製品的方法，包括依次進行的配料、熔鑄成 毛坯、加熱處理、加工為成品形狀和退火處理的步驟，所述熔鑄溫度控制為730?750°C，在 710?720°C澆鑄；所述加熱處理按45(T470°C /24h ;所述退火處理按33(T340°C /lh。若制 成板材，所述加工為成品形狀採用熱軋方式，乳制過程中進行1~2次400°C /20min中間退 火，最後對熱軋板進行所述退火處理。
[0019] 選擇在本發明所述範圍的合金成分，隨成分配比和加工處理方法的不同，所得材 料(部件）的性能會有些許差異，但材料總體特徵為： 1) 抗拉強度σ b彡300Mpa、屈服強度σ α2彡150 Mpa、延伸率δ彡20% ; 2) 剝落腐蝕試驗等級達到PA級。
[0020] 在本發明所述特別優選的方案中，抗拉強度0 b > 330Mpa、屈服強度 σ 0 2 彡 162Mpa、延伸率 δ 彡 22. 2%。
[0021] 作為最佳的應用，本發明的Al-Mg合金可以作為交通工具所用的合金材料。

【具體實施方式】
[0022] 以下結合實施例與對比例對本發明進行詳細的說明。
[0023] 各實施例中合金化學成分重量百分比：Fe〈0. 25% ;Si〈0. 2% ;Cu〈0. 1% ; Μη=0· 4?1· 2% ;Mg=4. 5?6· 0% ;Ζη=0· 25?0· 55% ;Cr=0. 10?0· 3% ;Zr〈0. 15% ;Ti〈0. 15% ;單個雜 質< 0. 05%、合計雜質< 0. 15% ;餘量為Al。
[0024] 各對比例（5083鋁合金）中合金化學成分重量百分比：Fe〈0. 4% ;Si〈0. 4% ; Cu〈0. 1% ;Μη=0· 4?1· 0% ;Mg=4. 0?4· 9% ;Ζη〈0· 25% ;Cr=0. 05?0· 25% ; ;Ti〈0. 15% ;單個雜質 彡0· 05%、合計雜質彡0· 15% ;餘量為Al。
[0025] 本發明高強耐蝕Al-Mg合金可採用軋制、擠壓等方式製備成所需規格的材料，以 軋制、擠壓為例，其製備方法分別如下： A、軋制製備板材。選擇在本發明所指範圍的合金成分，Al、Mg、Zn採用純A1、純Mg、純 Zn的方式加入，其他元素均用中間合金方式加入；熔鑄溫度控制為730?750°C，對熔體進 行攪拌、除氣、扒渣處理，在710?720°C溫度範圍下將熔體澆鑄成板材；對板材鑄錠進行 鋸切、銑面後進行45(T470°C /24h加熱處理，將加熱後的板材直接熱軋至4mm厚，乳制過 程中根據板材硬化程度與冷卻情況進行1~2次400°C /20min中間退火，最後對熱軋板進行 330?340°C /lh退火處理。
[0026] B、擠壓製備棒材。選擇在本發明所指範圍的合金成分，Al、Mg、Zn採用純A1、純 Mg、純Zn的方式加入，其他元素均用中間合金方式加入；熔鑄溫度控制為730?750°C，對 熔體進行攪拌、除氣、扒渣處理，在710?720°C溫度範圍下將熔體澆鑄成棒材；對鑄錠進行 鋸切、車皮後進行45(T470°C/24h加熱處理，將加熱後的棒材擠壓成圓棒，擠壓比λ彡5， 將擠壓出的棒材進行33(T340°C /lh退火處理。
[0027] 各實施例與對比例的合金元素重量百分含量、採用的製備方法與合金室溫拉伸性 能、耐蝕性等情況如表1、2所示。
[0028] 在合金性能測試中，室溫拉伸實驗按照國標GB/T228-2002製成標準拉伸試樣， 拉伸實驗在CSS-44100能材料力學拉伸機上進行，拉伸速度為2mm/min。耐蝕性實驗按照 GBT22639-2008鋁合金加工產品的剝落腐蝕試驗方法製取試樣並進行實驗。
[0029] 表1實施例與對比例化學成分

【權利要求】
1. 一種高強耐蝕Al-Mg合金，其特徵在於合金化學成分重量百分比為： Fe 彡 0· 3% ;Si 彡 0· 25% ;Cu 彡 0· 1% ;Μη=0· 4?1. 2% ;Mg=4. 5?6. 0% ;Ζη=0· 25?0· 55% ; Cr=0. 1(Γ〇· 3% ;Zr 彡 0· 15% ;Ti 彡 0· 15% ;餘量為 Α1。
2. 根據權利要求1所述的Al-Mg合金，其特徵在於合金中單個雜質< 0. 05%，合計雜 質彡0· 15%。
3. 根據權利要求2所述的Al-Mg合金，其特徵在於合金化學成分重量百分比為： Fe 彡 0· 26% ;Si 彡 0· 2% ;Cu 彡 0· 1% ;Μη=0· 46?1. 12% ;Mg=4. 6?5. 7% ;Ζη=0· 35?0· 52% ; Cr=0. 10?0· 23% ;Zr=0. 04?0· 14% ;Ti=0. 04?0· 14% ;餘量為 Α1。
4. 根據權利要求3所述的Al-Mg合金，其特徵在於其中Fe=0. 2?0. 26%、 Si=0. 12?0· 18%、Cu=0. 04?0· 08%。
5. 根據權利要求4所述的Al-Mg合金，其特徵在於合金化學成分重量百分比 為：Fe=0. 2?0· 26% ;Si=0. 12?0· 16% ;Cu=0. 05?0· 06% ;Μη=0· 6?1. 12% ;Mg=5. 5?5. 7% ; Ζη=0· 42?0· 49% ;Cr=0. 15?0· 23% ;Zr=0. 06?0· 14% ;Ti=0. 04?0· 13% ;餘量為 A1。
6. 根據權利要求1飛之一所述的Al-Mg合金，其特徵在於其中Μη=0. 8?1. 0%。
7. 根據權利要求6所述的Al-Mg合金，其特徵在於其中Zr=0. 1?0. 14%、Ti =0. 1?0. 13%。
8. -種權利要求1~7之一所述Al-Mg合金的生產方法，包括依次進行的配料、熔鑄、力口 熱處理和退火的步驟， 所述熔鑄溫度控制為730?750°C，在710?720°C澆鑄； 所述加熱處理按45(T470°C /24h ; 所述退火按33(T340°C /lh。
9. 一種將權利要求1~7之一所述Al-Mg合金製成合金製品的方法，包括依次進行的配 料、熔鑄成毛坯、加熱處理、加工為成品形狀和退火處理的步驟， 所述熔鑄溫度控制為730?750°C，在710?720°C澆鑄； 所述加熱處理按45(T470°C /24h ; 所述退火處理按33(T340°C /lh ; 若製成板材，所述加工為成品形狀採用熱軋方式，乳制過程中進行1~2次400°C /20min 中間退火，最後對熱軋板進行所述退火處理。
10. -種權利要求1~7之一所述Al-Mg合金作為交通工具所用的材料的用途。
【文檔編號】C22C21/08GK104195388SQ201410486384
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】鄧運來, 戴青松, 付平, 張佳琪, 廖飛, 歐世聲, 肖濤 申請人:中南大學