一种可时效强化的Al-Mg系合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可时效强化的Al‑Mg系合金及其制备方法，属于铝合金领域。一种可时效强化的Al‑Mg系合金，所述Al‑Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：0.1～15％，Ag：0.01～3％，Mn：0～0.8％，Cr：0～0.35％，Zr：0～0.2％，Ti：0～0.2％，其余为Al和不可避免的杂质。本发明专利技术制得的Al‑Mg系合金其抗拉强度最大可达550MPa以上，屈服强度大于390MPa，且合金的延伸率大于10％。

【技术实现步骤摘要】
一种可时效强化的Al-Mg系合金及其制备方法
本专利技术涉及一种可时效强化的Al-Mg系合金及其制备方法，属于铝合金领域。
技术介绍
Al-Mg系合金(5XXX)由于比强度高、成形性好、焊接性好、抗冲击性和耐腐蚀性好等一系列优点，被广泛应用于汽车、航空航天、舰艇船舶和军用车辆(尤其是水陆两用战车)等领域。近年来随着上述领域的快速发展，对Al-Mg系合金的综合性能也提出了更高的要求，主要是成形性能和强度性能。例如为替代汽车工业用的钢铁材料，需要Al-Mg系合金具有更高的强度，同时应具有良好的深冲性能、冷弯性能、可焊性能等。然而，由于Al-Mg系合金只能固溶强化和冷变形强化，不能热处理(时效)强化，因此很难使Al-Mg系合金的综合性能获得大幅度的提高，制约了其在实际中的进一步应用。为了提高Al-Mg系合金的综合性能，目前主要采取以下两种手段：一是微合金化：在Al-Mg系合金中添加微量合金元素，采用合适的均匀化和热加工工艺，在合金中析出细小的弥散相，起到弥散强化效果；通过抑制再结晶和晶粒长大、保留亚晶组织从而引起亚结构强化和细晶强化。综合利用弥散强化、细晶强化(亚晶强化)、固溶强化等方式来强化合金。效果较好的元素有Mn、Cr、Ti、Sc，其中Sc的效果最好。CN103422037A公开了一种分离低钪Al-Mg合金再结晶与沉淀相析出的工艺，采用这种强化方式存在的主要问题是：弥散相Al3(Sc,Zr)在典型的铝合金热加工温度下析出较快，因此在热变形过程中极易粗化，弥散相一旦粗化，由于再加热时不能溶解，强化作用消失。二是细晶强化：细化晶粒可提高合金的综合性能，但对于铝合金而言，通过传统的热机械处理方式很难获得晶粒尺寸小于10μm的晶粒组织，因此合金综合性能的提高程度有限。近年来，采用大塑性变形法(SeverePlasticDeformation)、电沉积法、非晶晶化法和粉末冶金法等可使Al-Mg系合金的晶粒细小到纳米量级，但大量研究结果表明，Al-Mg系合金经纳米化后强度得到明显提升，但塑性普遍较低。此外，纳米晶合金的组织稳定性较差，一旦发生晶粒长大即转变为普通粗晶合金，失去其优异性能。CN101880804A公开了一种汽车车身板用Al-Mg系铝合金及其制造方法，其通过固溶处理得到的组织不稳定，不利于提高合金强度。专利CN104313413B公开了一种Al-Mg-Zn系合金及其合金板材的制备方法，通过添加Zn元素使合金具有时效强化的效果，但是大量研究表明当5xxx系铝合金中Zn的含量大于0.5wt％时，合金的耐蚀性会迅速下降，大大限制了该合金的使用。因此，一种具有Al-Mg系合金优点又可以克服其缺点的合金是十分必须的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可时效强化的Al-Mg系合金，既可以保持Al-Mg系合金的优点又可以有效的提高其综合性能。一种可时效强化的Al-Mg系合金，所述Al-Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：0.1～15％，Ag：0.01～3％，Mn：0～0.8％，Cr：0～0.35％，Zr：0～0.2％，Ti：0～0.2％，其余为Al和不可避免的杂质。优选地，所述Al-Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：2～10％，Ag：0.05～1.5％，Mn：0～0.5％，Cr：0～0.3％，Zr：0～0.15％，Ti：0～0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。更进一步优选地，所述Al-Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：4～10％，Ag：0.2～0.8％，Mn：0.2～0.5％，Cr：0.15～0.3％，Zr：0.1～0.15％，Ti：0.1～0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。本专利技术所述Al-Mg系合金中添加Mn可使含Mg相沉淀均匀，提高合金的抗蚀性，特别是抗应力腐蚀开裂能力，此外还可提高合金的再结晶温度，抑制晶粒长大。Cr的作用与Mn类似，提高抗应力腐蚀开裂能力，降低焊接裂纹倾向，但其含量不应超过0.35wt％，否则会与其它合金元素或杂质如Mn、Fe、Ti等形成粗大的金属混合物，降低合金的成形性能和断裂韧性。Zr、Ti可细化合金的晶粒，形成的Al3Zr、TiAl3粒子起分散强化作用，可进一步提高合金的强度。Ag能够促进合金在时效过程中析出相的形核，与Al、Mg形成均匀弥散分布的强化相，对合金时效强化效果起到决定作用。本专利技术的另一目的是提供上述可时效强化的Al-Mg系合金的制备方法。一种可时效强化的Al-Mg系合金的制备方法，是将合金原料经熔炼、铸造，制得合金铸锭；将合金铸锭进行均匀化热处理后进行轧制或挤压变形；随后进行固溶处理和时效处理。进一步地，所述方法包括下述工艺步骤：(1)将合金原料在加热炉中进行熔炼，利用半连续铸造法制得铝合金铸锭；(2)将铝合金铸锭进行均匀化热处理，冷却后得到均匀化热处理的铝合金铸锭；(3)将均匀化热处理后的铸锭进行预留变形量热轧或热挤压变形，然后在室温下对合金进行轧制或挤压变形；(4)将变形后的合金进行固溶处理；(5)固溶处理后的合金进行时效处理，或将固溶处理后的合金进一步形变处理，然后再进行时效处理。上述技术方案中，优选所述步骤(1)中合金原料熔炼温度控制在700～750℃；铸造温度控制在700～720℃。上述技术方案中，优选所述步骤(2)中铝合金铸锭进行均匀化退火温度为460～520℃，退火时间为16～24h。上述技术方案中，优选所述步骤(3)中合金热变形温度控制在350～450℃，热变形量为20～70％，冷变形量为30～80％。上述技术方案中，优选所述步骤(4)中固溶处理工艺参数为450～500℃，保温0.5～2h，保温后在10s内完成水淬。上述技术方案中，优选所述步骤(5)中的时效工艺参数为20～240℃，保温0.5～32h，固溶处理后的变形量为20～80％。本专利技术所述可时效强化的Al-Mg系合金的制备方法一个优选的技术方案为：(1)按要求的配比配料，Al、Mg、Ag以纯金属形式加入，其他组分以铝基中间合金形式加入；在辐射式或感应加热炉中熔炼，熔炼温度控制在700～750℃；立式半连续铸造成扁锭或圆锭，铸造温度控制在700～720℃；(2)将铸锭均匀化处理，工艺参数为460～520℃，保温16～24h；(3)将均匀化热处理后的铸锭进行预留变形量热轧或热挤压变形，变形温度控制在350～450℃，热变形量为20～70％；然后在室温下对合金进行轧制或挤压变形，冷变形量为30～80％；(4)将变形后的合金进行固溶处理，固溶处理工艺参数为450～500℃，保温0.5～2h，取出后在10s内完成水淬；(5)固溶处理后的合金在进行时效处理，时效工艺参数为20～240℃，保温0.5～32h；或将固溶处理后的合金进一步形变处理，冷变形量20～80％，然后再进行时效处理。在固溶处理后对合金进行20～80％的冷变形可将形变强化与热处理强化相结合，进一步提高合金的综合性能。上述技术方案中，所述步骤(2)的均匀化处理可使非平衡相回溶，消除铸锭中的枝晶偏析，提高合金的热变形和冷变形能力，提高合金化学成分和组织均一性。上述技术方案中，所述步骤(3)的变形处理可使合金晶粒延变形方向延长，大颗粒难溶物被破碎，第二相均匀分布于晶界和晶内。此外，在固溶处理后对合金进行20-80％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可时效强化的Al‑Mg系合金，其特征在于：所述Al‑Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：0.1～15％，Ag：0.01～3％，Mn：0～0.8％，Cr：0～0.35％，Zr：0～0.2％，Ti：0～0.2％，其余为Al和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种可时效强化的Al-Mg系合金，其特征在于：所述Al-Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：0.1～15％，Ag：0.01～3％，Mn：0～0.8％，Cr：0～0.35％，Zr：0～0.2％，Ti：0～0.2％，其余为Al和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于：所述Al-Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：2～10％，Ag：0.05～1.5％，Mn：0～0.5％，Cr：0～0.3％，Zr：0～0.15％，Ti：0～0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的合金，其特征在于：所述Al-Mg系合金化学成分按质量百分比为：Mg：4～10％，Ag：0.2～0.8％，Mn：0.2～0.5％，Cr：0.15～0.3％，Zr：0.1～0.15％，Ti：0.1～0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。4.权利要求1～3任一项所述Al-Mg系合金的制备方法，其特征在于：所述方法为：将合金原料经熔炼、铸造，制得合金铸锭；将合金铸锭进行均匀化热处理后进行轧制或挤压变形；随后进行固溶处理和时效处理。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法包括下述工艺步骤：(1)将合金原料在加...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，郭成，李宝绵，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21