专利名称：锆和锶复合微合金化的6013型铝合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其是一种新型6000系铝合金及其制备 方法，具体地说是一种锆和锶复合微合金化的6013型铝合金及其制备方法。
背景技术：
近年来，世界商用飞机产量增加，军用飞机更新换代，我国大飞机项目启动、轨道 交通进入发展期，高端铝合金的需求量大增。6000系的6013或6056 (成分、性能相似，不 同公司研发)铝合金是综合性能良好的铝合金，它具有中等的强度、良好的成形性(熔铸性 能、塑性成形性、焊接性)和抗腐蚀性，与6061铝合金相比，其强度、强度高出15%以上且具 有类似的抗腐蚀性和焊接性。当今世界上最先进的民用大型飞机A380的机身下壁板全部 采用了 6013铝合金的焊接整体壁板。6013铝合金的良好的综合性能使其在轨道交通领域 等许多领域也具有很好的应用前景，我国轨道交通的轻量化、高速化迫切需要更为先进的 强度高、挤压性能好、焊接性好的铝合金。众所周知，合金化及微合金化是提高铝合金组织与性能的有效手段。从6013铝合 金的成分(镁(Mg)0.8 1.2，娃(Si) 0.6 1.0，铜(Cu)0.6 1. 1，锰(Mn) 0. 2 0. 8，铁 (Fe)0. 5，余量为铝和杂质元素)来看，该合金尚未进行微合金化。向铝合金中加入微量锆 (&)，能阻碍再结晶和晶粒长大，提高合金的强度、抗腐蚀性和焊接性，而加入微量锶(Sr) 则具有净化熔体、去除杂质、细化组织、阻碍再结晶和晶粒长大、提高合金的热稳定性等作 用。但是，到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的6013型铝合金可供使 用，长期依赖进口，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是在6013合金主要成分的基础上，通过调整合金的主合金化成分 并添加微量锆元素和锶元素，发明一种高性能的6013型铝合金及其制备方法。本发明的技术方案之一是一种锆和锶复合微合金化的6013铝合金，其特征在于它主要由铝(A1)、镁(Mg)、 硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、铁(Fe)、锆(Zr)和锶(Sr)组成，其中，镁(Mg)的质量 百分比为1.22 1.52%，硅(Si)的质量百分比为0.90 1. 15%，铜(Cu)的质量百分比 为0.804 1.04%，锰(Mn)的质量百分比为0. 451 0. 661 %，锌(Zn)的质量百分比为 0.0311 0. 135%，锆(Zr)的质量百分比为0. 0915 0. 135%，锶(Sr)的质量百分比为 0. 0157 0. 0391%，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。本发明的技术方案之二是一种锆和锶复合微合金化的6013铝合金的制备方法，其特征是首先，将纯A1熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、 Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、纯Zn和纯Mg，待最后加入的纯Mg熔化后再加入六氯乙
3烷精炼直至没有气体溢出，静置保温5 lOmin后去渣并浇铸成锭；其次，对浇铸成锭的合金进行后处理，即获得锆和锶复合微合金化的6013型铝合金。所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50. 12%,A1-Si中间合金中Si的质 量百分比为10. 21%,A1-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10. 02%,A1-Sr中间合金中Sr 的质量百分比为9. 89%,A1-Zr中间合金中&的质量百分比为4. 11%。所述的浇铸成锭合金的后处理其最佳工艺为470 490°C X24h退火、500 520°C预热后的锻压加工、一次或连续的一次以上的560 570°C X 2 4h固溶处理以及最 后的连续两次的151°C X8h+191°C X8h时效处理。本发明的有益效果是(1)本发明铝合金具有硬度高、抗腐蚀性好等特点。如本发明铝合金的硬度为 156.0 159. 1HV，按国标GB/T 7998-2005 (铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀抗力不 低于四级，按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)其抗剥落腐蚀 性能不低于PB级。(2)本发明公开了一种锆和锶复合微合金化的6013型铝合金的制备方法，一定程 度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国航空航天、武器装备等领域的需 求。(3)本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入 各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的 铝合金材料。(4)本发明合金硬度可达156. 0 159. 1HV，按国标GB/T 7998-2005 (铝合金晶间 腐蚀测定方法)测定其抗晶间腐蚀性能处于四级，按国标GB/T22639-2008 (铝合金加工产 品的剥落腐蚀试验方法)测定其抗剥落腐蚀性能不低于PB级，可广泛应用于现代航空航 天、武器装备等领域，具有广阔的应用前景。
图1是本发明实施例一的锆和锶复合微合金化的6013型铝合金晶间腐蚀后横截 面金相图。图2是市售6061-T6铝合金晶间腐蚀后横截面金相图。图3是本发明实施例一的锆和锶复合微合金化的6013型铝合金剥落腐蚀后表面 形貌光学显微镜图。图4是市售6061-T6铝合金(固溶处理560°C X2h、时效处理160°C X20h)剥落 腐蚀后表面形貌光学显微镜图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。实施例一。如图1、2、3、4 所示。一种锆和锶复合微合金化的6013铝合金，其制备方法
按53kg铝合金配制为例。先将39. 89kg A00 等级纯 A1 (成分99. 79% A1，0. 14% Fe，0. 04% Si，本发明所 有组份均采用质量百分比表示，下同)熔化后依次加入1.04kgAl-Cu中间合金(49. 62% Al，50. 12% Cu，0. 15% Fe，0. 11% Si) (Cu 的损失率约为 6. 25% )、5. 57kg Al-Si 中间合 金(89. 62% Al，10. 21% Si，0. 17% Fe) (Si 的损失率约为 5% ),3. 26kg Al_Mn 中间合金 (89. 73% Al, 10. 02% Mn，0. 19% Fe，0. 06% Si) (Mn 的损失率约为 10% )、1. 70kg Al-Zr 中 间合金(95. 69%A1,4. ll%Zr,0. 20%Fe,0. 10% Si) 的损失率约为 8% )、0. 59kgAl-Sr 中间合金(89. 85% Al，9. 89% Sr,0. 16% Fe，0. 10% Si) (Sr 的损失率约为 75% )、0. 05kg 纯Zn(Zn的损失率约为8% )、0. 90kg纯Mg(Mg的损失率约为20% )，所述的中间合金可直 接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化 后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有 气体溢出(加入量为106g)，静置保温5 lOmin后去渣并浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进 行470 490°C X24h的退火、经500 520°C预热后进行锻压加工、560 570°C X2 4h 固溶处理、151 °C X8h+191°C X8h时效处理；即获得锆和锶复合微合金化的6013铝合金。实验证明，经过锻压加工后的铝合金经过不同的固溶处理，其耐腐蚀及 硬度也会呈现出不同的特征，如经一次固溶处理560°C X 2 h和两次连续的时效处 理151°C X8h+191 °C X8h后，铝合金的实测硬度为159. 1HV，比6061_T6(固溶处理 560°C X2h、时效处理160°C X20h)铝合金的硬度高19. 9% ；按GB/T7998-2005 (铝合金晶 间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为248. 25i!m(附图1)，处于四级，而6061-T6铝合 金的晶间最大腐蚀深度为295. 58um(附图2)；按GB/T 22639-2008 (铝合金加工产品的剥 落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀(附图3)，达到PA PB级，而6061-T6铝合金 的表面虽也仅出现点蚀(附图4)，处于PB级，且点蚀的数目要多。又如经锻压的铝合金经连续两次的固溶处理560°C X2h+570°C X2h和连续两 次的时效处理151°C X8h+191°C X8h后，其实测硬度为156. 0HV，比6061_T6(固溶处 理560°C X2h — 570°C X2h+时效处理160°C X20h)铝合金的硬度高21. 9 % ；按GB/T 7998-2005 (铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为296. 12 u m,处于四级，而 6061-T6(固溶处理560°C X2h+570°C X 2h、时效处理160°C X20h)铝合金的晶间最大腐蚀 深度为211. 96 ii m ；按GB/T22639-2008铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表 面仅出现点蚀，达到PA PB级，6061-T6铝合金的表面虽也仅出现点蚀，处于PB级，且点蚀 的数目要多。本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为1. 36Mg，1. 02Si，0. 918Cu，0. 554Mn， 0. 121Zr，0. 0825Zn，0. 0275Sr，余量为铝和少量杂质元素。实施例二。一种锆和锶复合微合金化的6013铝合金，其制备方法按53kg铝合金配制为例。先将40. 52kg A00 等级纯 Al (成分99. 79% A1，0. 14% Fe，0. 04% Si)熔化后依 次加入 1. 17kgAl-Cu 中间合金(49. 62% Al,50. 12% Cu,0. 15%Fe,0. 11% Si) (Cu 的损失率 约为 6. 25% )、4. 92kg Al-Si 中间合金(89. 62% Al, 10. 21% Si，0. 17% Fe) (Si 的损失率 约为 5% )、3. 88kg Al-Mn 中间合金(89. 73% Al, 10. 02% Mn，0. 19% Fe，0. 06% Si) (Mn 的损失率约为 10% ) ,1. 28kg Al-Zr 中间合金(95. 69% Al,4. 11% Zr,0. 20% Fe，0. 10% Si) (Zr 的损失率约为 8% ) ,0. 34kgAl-Sr 中间合金(89. 85% Al，9. 89% Sr,0. 16% Fe，0. 10% Si) (Sr的损失率约为75% )、0. 08kg纯Zn (Zn的损失率约为8%),0. 81kg纯Mg(Mg的损失 率约为20% )，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过 程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶 液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为106g)，静置保温5 lOmin后去渣 并浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行470 490°C X24h的退火、经500 520°C预热后进 行锻压加工、560 570°C X2 4h固溶处理、151°C X8h+191°C X8h时效处理；即获得锆 和锶复合微合金化的6013铝合金。本实施例的固溶处理可分两种方法进行，其中一个是经过一次固溶处理 560°C X2h后连续进行两次时效处理151°C X8h+191°C X8h后，其实测硬度为157. 8HV ；按 GB/T 7998-2005 (铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为276. 32 y m ；按GB/T 22639-2008 (铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，达到PA PB级。另一个是经过连续的两次固溶处理560°C X2h+570°C X2h后进行连续的两次时 效处理151°C X8h+191°C X8h，其实测硬度为156. 3HV，按GB/T7998-2005(铝合金晶间腐 蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为287. 36. 32iim，按GB/T 22639-2008 (铝合金加工产品 的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，达到PA PB级。本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为1. 22Mg，0. 90Si，1. 04Cu，0. 66lMn， 0. 0915Zr,0. 135Zn，0. 0157Sr，余量为铝和少量杂质元素。实施例三。一种锆和锶复合微合金化的6013铝合金，其制备方法
按53kg铝合金配制为例。先将40. 01kg A00 等级纯 A1 (成分99. 79% A1，0. 14% Fe，0. 04% Si)熔化后依 次加入 0. 91kgAl-Cu 中间合金(49. 62% Al,50. 12% Cu,0. 15%Fe,0. 11% Si) (Cu 的损失率 约为 6. 25% )、6. 28kg Al-Si 中间合金(89. 62% Al, 10. 21% Si，0. 17% Fe) (Si 的损失率 约为 5% )、2. 65kg Al-Mn 中间合金(89. 73% Al, 10. 02% Mn，0. 19% Fe，0. 06% Si) (Mn 的 损失率约为 10% ) ,1. 28kg Al-Zr 中间合金(95. 69% Al，4. 11% Zr,0. 20% Fe，0. 10% Si) (Zr 的损失率约为 8% ) ,0. 84kgAl-Sr 中间合金(89. 85% Al，9. 89% Sr,0. 16% Fe，0. 10% Si) (Sr的损失率约为75% )、0. 02kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)U. 01kg纯Mg(Mg的损失 率约为20% )，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过 程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶 液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为106g)，静置保温5 lOmin后去渣 并浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行470 490°C X24h的退火、经500 520°C预热后进 行锻压加工、560 570°C X2 4h固溶处理、151°C X8h+191°C X8h时效处理；即获得锆 和锶复合微合金化的6013铝合金。具体实施时前述的固溶处理可分多种情况，其中将锻压后的铝合金经一次固 溶处理560°C X2h后进行连续两次的时效处理151°C X8h+191°C X8h后，其实测硬度 为158.5HV;按GB/T 7998-2005 (铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为292. 87 ii m ；按GB/T 22639-2008 (铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅 出现点蚀，达到PA PB级。也可将锻压后的铝合金经连续两次固溶处理560°C X2h+570 °C X2h后再 进行连续两次的时效处理151 °C X8h+191°C X8h后，其实测硬度为156.9HV，按GB/ T 7998-2005 (铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间最大腐蚀深度为252. 34 y m，按GB/T 22639-2008铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)本铝合金表面仅出现点蚀，达到PA PB级。本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为1.52Mg，l. 15Si，0. 804Cu，0. 451Mn， 0. 0915Zr，0. 0311Zn，0. 0391Sr，余量为铝和少量杂质元素。以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以 根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的锆和 锶复合微合金化的6013型铝合金。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
一种锆和锶复合微合金化的6013型铝合金，其特征在于它主要由铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、锆(Zr)和锶(Sr)组成，其中，镁(Mg)的质量百分比为1.22～1.52％，硅(Si)的质量百分比为0.90～1.15％，铜(Cu)的质量百分比为0.804～1.04％，锰(Mn)的质量百分比为0.451～0.661％，锌(Zn)的质量百分比为0.0311～0.135％，锆(Zr)的质量百分比为0.0915～0.135％，锶(Sr)的质量百分比为0.0157～0.0391％，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100％。
2.—种权利要求1所述的锆和锶复合微合金化的6013型铝合金的制备方法，其特征在于首先，将纯A1熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Sr中间合金、 Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、纯Zn和纯Mg，待最后一个加入的纯Mg熔化后加入六氯 乙烷精炼直至没有气体溢出，静置保温5 lOmin后去渣并浇铸成锭；其次，对浇铸成锭的合金进行后处理，即可获得锆和锶复合微合金化的6013型铝合金 o
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分 比为50. 12%,Al-Si中间合金中Si的质量百分比为10. 21%，Al-Mn中间合金中Mn的质量 百分比为10. 02%, Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9. 89%, Al-Zr中间合金中&的 质量百分比为4. 11%。
4.根据权利要求2所述的锆和锶复合微合金化的6013型铝合金，其特征在于所述的 浇铸成锭合金的后处理包括470 490°C X24h退火、500 520°C预热后的锻压加工、一次 或连续的一次以上的560 570°C X2 4h固溶处理及连续两次的151°C X8h+191°C X8h 时效处理。
全文摘要
本发明公开了一种锆和锶微合金化的6013型铝合金，主要由铝(Al)、1.22～1.52％的镁(Mg)、0.90～1.15％的硅(Si)、0.804～1.04％的铜(Cu)、0.451～0.661％的锰(Mn)、0.0311～0.135％的锌(Zn)、0.0915～0.135％的锆(Zr)和0.0157～0.0391％的锶(Sr)组成；该合金的制备方法是将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、纯Zn、纯Mg，待其熔化后加入六氯乙烷精炼，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；对浇铸成锭进行后处理即可。本发明合金硬度可达156.0～159.1HV，抗晶间腐蚀性能处于四级，抗剥落腐蚀性能不低于PB级，可广泛应用于现代航空航天、武器装备等领域，具有广阔的应用前景。
文档编号C22C21/08GK101798649SQ20101013440
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者吴桂潮, 宋涛, 宗亮, 成城, 朱新董, 王宏宇, 王彬, 程晓农, 许晓静, 赵梓皓 申请人:江苏大学