一种高强耐蚀Al-Mg合金的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强耐蚀Al-Mg合金，化学成分重量百分比为：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%；余量为Al。本发明解决了现有5083铝合金在交通工具制造中现强度、耐蚀性不够的问题，得到的合金抗拉强度σb≥320Mpa、屈服强度σ0.2≥160Mpa、延伸率δ≥23％，剥落腐蚀实验等级达到PA级。
【专利说明】-种高强耐蚀AI-Mg合金
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明具体涉及一种Al-Mg合金，尤其是一种高强耐蚀Al-Mg合金。
【背景技术】
[0003] 近年来，我国交通运输业发展迅速，交通工具轻量化已成为一种必然趋势，而铝合 金取代钢铁材料是交通工具轻量化的重要有效途径。
[0004] 在汽车、货车、高铁、货运火车、轮船等交通工具的制造中5083铝合金应用最广， 成为交通工具制造中的重要材料。5083铝合金具有质量轻、中等强度、易成型、耐腐蚀等特 征，降低了交通工具自重，提高了其运载能力，降低了能耗。
[0005] 但是目前的5083铝合金在应用中还存在一些问题。根据GBT3880. 2-2006的力学 性能指标要求可知，常用的5083-0铝合金要求抗拉强度〇b>275Mpa、屈服强度〇(|. 2彡125 Mpa、伸长率δ >15%，这在交通工具制造中强度略有不足。此外，对于轮船、集装箱等长期 在海水中或沿海服役的设备，现有的5083铝合金耐蚀性能还不能完全满足要求。
【发明内容】
[0006] 鉴于目前交通工具制造中所用合金存在的强度不够、耐蚀性不足的问题，本发明 提供了一种新型Al-Mg合金，具有高强、耐蚀的特性。
[0007] 本发明提供的高强耐蚀Al-Mg合金，化学成分重量百分比为：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% ;余量为Α1。其中单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 15%。
[0008] 作为优选，合金化学成分重量百分比为：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% ;余量为 Al。
[0009] 作为优选，其中 Fe=0. 2?0· 26%、Si=0. 12?0· 18%、Cu=0. 04?0· 08%。
[0010] 作为本发明特别优选的方案，合金化学成分重量百分比为：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% ;余量为 Al。
[0011] 在此基础上，更优选的，Μη=0· 8?1· 0%。进一步的，Zr=0. 1?0· 14%、Ti =0· 1?0· 13%。
[0012] 本发明Al-Mg合金与现有的5083铝合金相比，Mg含量提高为4. 5飞·0%，Mg可在 基体中产生固溶强化，提高合金强度；Μη含量略有增加，控制为0. 4~1. 2%，在这个范围Μη可 以形成ΜηΑ16起到弥散强化作用，又不至于对延伸率产生明显的不利影响。
[0013] 由于Mg含量的明显增加，会导致在基体中析出大量β (Mg2Al3)相，如不采取其 他措施，0(Mg2Al 3)相一旦在晶界处成网状分布，成为腐蚀通道，合金的耐蚀性能将急剧 恶化。而本发明将Zn加入合金中，可形成τ (Al2Mg3Zn3)相，τ (Al2Mg3Zn3)相能够促使 β (Mg2Al3)相均匀弥散的在合金晶内和晶界析出，减少其连续分布，明显提高合金的耐蚀性 能。因此，与现有技术相比，本发明Zn含量明显提高，控制为0. 25、. 55%。
[0014] 但加入Zn后，合金熔体在凝固过程中容易形成"锌花"，"锌花"会恶化材料性能。 因此现有的Al-Mg合金生产中，Zn很少以合金成分加入。为了解决这个问题，本发明中加 入Ti的同时加入Zr，Ti、Zr具有明显的晶粒细化效果，而且Ti、Zr混合加入效果更好，晶 粒细化既可以提高材料强度又不降低延伸率，Ti、Zr使得晶粒细化后又可以避免"锌花"产 生。
[0015] 综上，本发明通过提高Mg含量以提高合金强度，提高Zn含量避免因过多的Mg恶 化材料性能，加入Zr、Ti细化晶粒来避免产生"锌花"。
[0016] 此外，Cu、Cr等元素形成CuMgAl2、Al2Cu等化合物弥散在材料中也能起一定弥散强 化作用，还可起到热稳定性作用，因此加入一定量的Cu、Cr ;Fe、Si对材料塑性与腐蚀性能 不利，因此减少其含量。
[0017] 本发明A1 -Mg合金的生产方法，包括依次进行的配料、熔铸、加热处理和退 火的步骤，所述熔铸温度控制为730?750 °C，在710?720 °C浇铸；所述加热处理按 45(T470°C /24h ;所述退火按 33(T340°C /lh。
[0018] 本发明Al-Mg合金可采用压力加工(如轧制、挤压)，也可采用形变热处理制备所需 材料和/或部件。将本发明Al-Mg合金制成合金制品的方法，包括依次进行的配料、熔铸成 毛坯、加热处理、加工为成品形状和退火处理的步骤，所述熔铸温度控制为730?750°C，在 710?720°C浇铸；所述加热处理按45(T470°C /24h ;所述退火处理按33(T340°C /lh。若制 成板材，所述加工为成品形状采用热轧方式，乳制过程中进行1~2次400°C /20min中间退 火，最后对热轧板进行所述退火处理。
[0019] 选择在本发明所述范围的合金成分，随成分配比和加工处理方法的不同，所得材 料(部件）的性能会有些许差异，但材料总体特征为： 1) 抗拉强度σ b彡300Mpa、屈服强度σ α2彡150 Mpa、延伸率δ彡20% ; 2) 剥落腐蚀试验等级达到PA级。
[0020] 在本发明所述特别优选的方案中，抗拉强度0 b > 330Mpa、屈服强度 σ 0 2 彡 162Mpa、延伸率 δ 彡 22. 2%。
[0021] 作为最佳的应用，本发明的Al-Mg合金可以作为交通工具所用的合金材料。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合实施例与对比例对本发明进行详细的说明。
[0023] 各实施例中合金化学成分重量百分比：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% ;单个杂 质< 0. 05%、合计杂质< 0. 15% ;余量为Al。
[0024] 各对比例（5083铝合金）中合金化学成分重量百分比：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% ;单个杂质 彡0· 05%、合计杂质彡0· 15% ;余量为Al。
[0025] 本发明高强耐蚀Al-Mg合金可采用轧制、挤压等方式制备成所需规格的材料，以 轧制、挤压为例，其制备方法分别如下： A、轧制制备板材。选择在本发明所指范围的合金成分，Al、Mg、Zn采用纯A1、纯Mg、纯 Zn的方式加入，其他元素均用中间合金方式加入；熔铸温度控制为730?750°C，对熔体进 行搅拌、除气、扒渣处理，在710?720°C温度范围下将熔体浇铸成板材；对板材铸锭进行 锯切、铣面后进行45(T470°C /24h加热处理，将加热后的板材直接热轧至4mm厚，乳制过 程中根据板材硬化程度与冷却情况进行1~2次400°C /20min中间退火，最后对热轧板进行 330?340°C /lh退火处理。
[0026] B、挤压制备棒材。选择在本发明所指范围的合金成分，Al、Mg、Zn采用纯A1、纯 Mg、纯Zn的方式加入，其他元素均用中间合金方式加入；熔铸温度控制为730?750°C，对 熔体进行搅拌、除气、扒渣处理，在710?720°C温度范围下将熔体浇铸成棒材；对铸锭进行 锯切、车皮后进行45(T470°C/24h加热处理，将加热后的棒材挤压成圆棒，挤压比λ彡5， 将挤压出的棒材进行33(T340°C /lh退火处理。
[0027] 各实施例与对比例的合金元素重量百分含量、采用的制备方法与合金室温拉伸性 能、耐蚀性等情况如表1、2所示。
[0028] 在合金性能测试中，室温拉伸实验按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样， 拉伸实验在CSS-44100能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度为2mm/min。耐蚀性实验按照 GBT22639-2008铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法制取试样并进行实验。
[0029] 表1实施例与对比例化学成分
【权利要求】
1. 一种高强耐蚀Al-Mg合金，其特征在于合金化学成分重量百分比为： 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% ;余量为 Α1。
2. 根据权利要求1所述的Al-Mg合金，其特征在于合金中单个杂质< 0. 05%，合计杂 质彡0· 15%。
3. 根据权利要求2所述的Al-Mg合金，其特征在于合金化学成分重量百分比为： 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% ;余量为 Α1。
4. 根据权利要求3所述的Al-Mg合金，其特征在于其中Fe=0. 2?0. 26%、 Si=0. 12?0· 18%、Cu=0. 04?0· 08%。
5. 根据权利要求4所述的Al-Mg合金，其特征在于合金化学成分重量百分比 为：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% ;余量为 A1。
6. 根据权利要求1飞之一所述的Al-Mg合金，其特征在于其中Μη=0. 8?1. 0%。
7. 根据权利要求6所述的Al-Mg合金，其特征在于其中Zr=0. 1?0. 14%、Ti =0. 1?0. 13%。
8. -种权利要求1~7之一所述Al-Mg合金的生产方法，包括依次进行的配料、熔铸、力口 热处理和退火的步骤， 所述熔铸温度控制为730?750°C，在710?720°C浇铸； 所述加热处理按45(T470°C /24h ; 所述退火按33(T340°C /lh。
9. 一种将权利要求1~7之一所述Al-Mg合金制成合金制品的方法，包括依次进行的配 料、熔铸成毛坯、加热处理、加工为成品形状和退火处理的步骤， 所述熔铸温度控制为730?750°C，在710?720°C浇铸； 所述加热处理按45(T470°C /24h ; 所述退火处理按33(T340°C /lh ; 若制成板材，所述加工为成品形状采用热轧方式，乳制过程中进行1~2次400°C /20min 中间退火，最后对热轧板进行所述退火处理。
10. -种权利要求1~7之一所述Al-Mg合金作为交通工具所用的材料的用途。
【文档编号】C22C21/08GK104195388SQ201410486384
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】邓运来, 戴青松, 付平, 张佳琪, 廖飞, 欧世声, 肖涛 申请人:中南大学