一种具有高强度、高韧性的Al-Mg-Si系合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高强度、高韧性的Al

【技术实现步骤摘要】
一种具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金及其制备方法，属于高强高韧铝合金制备


技术介绍

[0002]Al
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Mg
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Si系铝合金作为在在建筑、轨道交通、航空航天等领域广泛应用的合金，具有密度低、比强度高、成型性好、应力腐蚀敏感性低以及可回收利用率高等优点。随着时代的发展，生产中对Al
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Mg
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Si系铝合金的性能在不断提高。如何获得具有更高性能的Al
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Mg
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Si系铝合金材料，受到了广大研究者们的关注。
[0003]现在，只是依靠合金化、变形方式、热处理方法的单独作用去提高Al
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Mg
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Si系铝合金的强韧性已经不能满足生产的需求。而通过三者之间的协同作用，去提升合金的强韧性仍然具有很大的发展空间。这对于铝合金强韧性的增加具有很大帮助。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于通过微合金化、非对称大剪切变形挤压和超快速循环热处理协同作用的工艺对添加Cu、Ce等元素的Al
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Mg
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Si系铝合金进行处理；通过大剪切变形细化铝合金组织、弱化织构，之后又经过超快速循环热处理使组织进一步细化，从而达到提高Al
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Mgr/>‑
Si系铝合金材料的强度和韧性的目的。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金，所述铝合金其成分组成如下：Si：0.8%~1.2%、Mg：0.7%~1.0%、Mn：0.3%~0.8%、Cu：1%~1.7%、Ce：1.5%~2.0%、不可避免的杂质含量总和小于0.2%；余量为Al。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供所述具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金及其制备方法，具体包括：（1）将纯Al锭、纯Mg锭、Al
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Cu60中间合金、Al
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Si20中间合金、Al
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Mn10中间合金以及Al
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Ce10中间合金按比例配好原料，之后在真空熔炼炉中进行熔炼浇注。
[0007]（2）将步骤（1）中所得到的铝合金铸锭进行均质化处理，以获得均质态的铸锭。
[0008]（3）将步骤（2）中获得的均质态铸锭，进行非对称热挤压，挤压温度为400℃~500℃，挤压总变形量为95%~97%。
[0009]（4）将步骤（3）中获得的型材进行超快速循环热处理，要求循环次数不少于5次，获得高强韧铝合金。
[0010]优选的，本专利技术步骤（1）中所述的真空熔炼的熔炼温度为800℃~850℃，浇注温度为750℃~800℃。
[0011]优选的，本专利技术步骤（2）中均质化处理的条件为：温度480℃~550℃，保温时间3h~6h。
[0012]优选的，本专利技术步骤（3）中挤压的速度为0.8~1.2mm/s，总变形量为95%~97%，挤压
比为20:1~30:1。
[0013]优选的，本专利技术步骤（3）中挤压模具的型腔为非对称型腔，使得在挤压时两侧的非对称系数比为3:1~6:1。
[0014]优选的，本专利技术步骤（4）中所述的超快速循环热处理加热速率不低于1000℃/min，保温温度为500℃~580℃，保温时间为0 ~ 3 min，水冷，要求循环热处理次数不少于5次。
[0015]本专利技术所述高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金制备方法原理如下：通过本专利技术的实验结果显示大剪切塑性变形与快速循环热处理能够大幅度提升铝合金的强韧性，大剪切塑性变形（非对称热挤压）与快速循环热处理能够改变铝合金坯料的挤压流动状态，改善组织均匀性，细化铝合金微观组织；通过细晶强化与析出相强化的协同作用，增强铝合金的强韧性。
[0016]本专利技术中，铝合金的非对称热挤压的非对称系数比在3:1~6:1，并且挤压的总的变形量达到95%以上，因此改变了铝合金坯料的挤压流动状态，细化了铝合金的微观组织，改善了组织均匀性；再经过快速循环热处理，先快速升温使铝合金中的析出相快速析出合金元素快速扩散固溶，又经过快速降温抑制铝合金析出相的长大；使铝合金的微观组织进一步缩小，析出相分布均匀。
[0017]本专利技术铝合金在成分上，本专利技术添加了Cu元素与Ce稀土元素。Cu元素的加入，会在合金中形成含Cu相（QP1、QP2、Q），这些新的析出相能提升铝合金的峰值强度和韧性。Ce稀土元素的添加使得Ce元素在共晶Si相表面吸附，形成大量孪晶，另外Ce元素的存在还会与合金中的Si、Cu、Mn等元素形成合金相，在凝固过程中阻碍α
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Al相的生长；从而起到细化晶粒的作用。
[0018]本专利技术的应用效果：本专利技术是通过合金化、大剪切变形（非对称热挤压）与快速循环热处理，获得了晶粒细小、组织均匀的高强韧铝合金型材。与常规的高强高韧铝合金生产工艺相比，采用了非对称热挤压与快速循环热处理相结合的生产工艺，保证了铝合金的晶粒更加细小、组织更加均匀。通过细晶强化、固溶强化与析出相强化的协同作用。使得Al
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Mg
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Si系铝合金的强度与韧性大幅度提升。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金部分生产工艺示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
[0021]本实施所述高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金的化学成分如表1所示。
[0022]表1 本专利技术具体实施例高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金的化学成分（wt%）
[0023]本实施例所述具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按照表1成分将纯Al锭、纯Mg锭、Al
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Cu60中间合金、Al
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Si20中间合金、Al
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Mn10中间合金以及Al
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Ce10中间合金按比例配好原料，之后在真空熔炼炉中进行熔炼浇注，熔炼温度为800℃，浇注温度为750℃。
[0024]（2）将步骤（1）中所得到的铝合金铸锭在温度550℃，保温时间4h进行均质化处理，形成一个直径90mm的铝合金铸锭。
[0025]（3）完成后将铸态的铝合金加热到550℃进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金，其特征在于：所述铝合金其成分组成如下：Si：0.8％～1.2％、Mg：0.7％～1.0％、Mn：0.3％～0.8％、Cu：1％～1.7％、Ce：1.5％～2.0％、不可避免的杂质含量总和小于0.2％；余量为Al。2.权利要求1所述具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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Si系合金的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将纯Al锭、纯Mg锭、Al
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Cu60中间合金、Al
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Si20中间合金、Al
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Mn10中间合金以及Al
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Ce10中间合金按比例配好原料，之后在真空熔炼炉中进行熔炼浇注；(2)将步骤(1)中所得到的铝合金铸锭进行均质化处理，以获得均质态的铸锭；(3)将步骤(2)中获得的均质态铸锭，进行非对称热挤压，挤压温度为400℃～500℃，挤压总变形量为95％～97％；(4)将步骤(3)中获得的型材进行超快速循环热处理，要求循环次数不少于5次，获得高强韧铝合金。3.根据权利要求2所述具有高强度、高韧性的Al
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Mg
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【专利技术属性】
技术研发人员：李祖来，吕啟涛，韦贺，张文高，彭慕兰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：