本发明主要涉及合金技术领域，具体是低成本高性能al-mg-mn铝合金及其制备方法。
背景技术：
随着汽车工业的发展，金属材料行业也在不断的更新换代，轻质结构材料已成为材料科学研究的重点和热点。在现有的结构材料中，铝及铝合金以其较低的密度、较高的比强度和比刚度、易机加工成形、易回收再利用以及资源蕴藏量大等优点，逐渐成为新材料研发的热点。目前，广泛使用的商用铝合金主要有含mg的6系铝合金、含zn和mg的7系铝合金以及含有y、gd等稀土元素的稀土铝合金。其中，6系铝合金的室温性能较为优异，但是其高温稳定性较差，在进行挤压、锻造时容易发生性变；7系铝合金的高温性能优异，但合金在熔炼过程中合金元素zr烧损严重，导致成本较高，不利于合金的进一步发展和应用；稀土铝合金的室温延展性较为优异，但合金中稀土元素含量较高且价格昂贵，导致合金成本高，多用于军工领域，不利于合金的发展及应用。
针对汽车领域，需要较强抗拉强度与高延伸率的低价优质铝合金型材，以上现有的铝合金类型并不能完全满足要求。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明提供了低成本高性能al-mg-mn铝合金及其制备方法，它提供了一种造价低廉、力学性能优异的铝合金，能够更好地适应汽车领域的金属型材需求。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
低成本高性能al-mg-mn铝合金及其制备方法，由以下质量百分比的组分组成：mg3.5～5.5wt.%，mn1.0～2.0wt.%，其余为al和不可避免的杂质；
其制备方法如下：
s1：按照上述配方准备原料并加热熔化；
s2：将s1步骤中熔熔状态金属液浇铸成锭；
s3：将s2步骤得到的铸锭进行均匀化处理；
s4：将s3步骤均匀化处理完成的铸锭在400～450℃下预热2小时，在420～450℃下进行挤压、轧制、锻造热塑性变形工艺，制备出相应的变形合金型材。
优选的，低成本高性能al-mg-mn铝合金，由以下质量百分比的组分组成：mg3.5wt.%，mn1.0wt.%，其余为al和不可避免的杂质，其中不可避免的杂质含量≤0.1wt.%。
优选的，所述s1步骤中熔化顺序为首先将al在720℃～770℃之间进行熔炼，待全部熔化，温度上升到770℃稳定之后加入预热至150℃的mg和al-mn中间合金，待全部熔化后，加入精炼剂充分搅拌5～10分钟，将熔体在770℃静置10～20分钟，并打掉表面的浮渣。
优选的，所述s2步骤中浇铸顺序为将金属液的熔炼温度降低至720℃并保温20分钟；再在720℃的条件下浇注至预热到250～350℃的铁质磨具中，制备出铝合金铸锭，然后将所得合金铸锭进行机加工，制备出铸造合金型材。
优选的，所述s3步骤中均匀化处理顺序为将铝合金铸锭在450～550℃的温度下均匀化处理16～20小时，然后水淬处理，得到铝合金铸锭试样。
优选的，所述s4步骤中挤压比为5:1～30:1，挤压速度为1.5～3.5m/min。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的al-mg-mn铝合金是一种不含稀土元素的高性能变形铸造铝合金，所采用的原料都是相对廉价的工业纯铝和铝锰中间合金，采用简单的熔炼工艺制备出强度、韧性较好的新型铸造铝合金，其综合机械性能优于传统的商用铸造铝合金zl201和zl203。
2、本发明得到的铸造铝合金铸锭采用较为简单的挤压、轧制、锻造等热塑性变形工艺，得到了强度、热韧性和耐腐蚀性能都较好的新型变形铝合金，其综合机械性能优于传统的商用变形铝合金5052。
3、在al-mg-mn铸造合金的三元体系中，mg在al中的固溶度达到了12.7wt.%，mn在al中的固溶度仅仅只有2.2wt.%。本发明所涉及的合金体系中，不仅有al-mg相(al3mg2)和al-mn相(al12mn、al6mn、al4mn、al11mn4和al8mn5)，还存在着al18mg3mn2三元化合物，但该三元化合物为高温相，随着温度的逐步降低，将转变为稳定的al-mg相和al-mn相，因此，在所涉及的合金体系中，存在着α-al、al3mg2和al-mn相。mg在al合金中不仅可以起到固溶强化的作用，还可以和基体α-al形成al3mg2、同元素mn形成al12mn、al6mn、al4mn、al11mn4和al8mn5等al-mn相改善合金的强度，起到显著的析出强化作用。此外，al3mg2、al8mn5等析出相能明显抑制合金晶粒的长大，起到显著的细晶强化作用。
4、本发明采用铸造工艺，制备出强度和韧性都较好的新型铸造铝合金，其工艺方法操作简单，工艺参数易控制，适宜于工业化大生产。
具体实施方式
结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
需要说明的是，以下各实施例中所述工业纯铝和工业纯镁纯度都在99.9%以上；锰是以10%的铝锰中间合金的形式添加；精炼剂采用六氯乙烷或氩气。
本发明所述低成本高性能al-mg-mn铝合金及其制备方法，由以下质量百分比的组分组成：mg3.5～5.5wt.%，mn1.0～2.0wt.%，其余为al和不可避免的杂质；
作为有限的，以下质量百分比的自焚：mg3.5wt.%，mn1.0wt.%，其余为al和不可避免的杂质，其中不可避免的杂质含量≤0.1wt.%。具有更优的看那个拉强度与屈服强度。
其制备方法如下：
s1：按照上述配方准备原料并加热熔化，其具体操作方式为：将al在720℃～770℃之间进行熔炼，待全部熔化，温度上升到770℃稳定之后加入预热至150℃的mg和al-mn中间合金，待全部熔化后，加入精炼剂充分搅拌5～10分钟，将熔体在770℃静置10～20分钟，并打掉表面的浮渣。
s2：将s1步骤中熔熔状态金属液浇铸成锭，其具体操作方式为：将金属液的熔炼温度降低至720℃并保温20分钟；再在720℃的条件下浇注至预热到250～350℃的铁质磨具中，制备出铝合金铸锭，然后将所得合金铸锭进行机加工，制备出铸造合金型材。
s3：将s2步骤得到的铸锭进行均匀化处理，其具体操作方式为：将铝合金铸锭在450～550℃的温度下均匀化处理16～20小时，然后水淬处理，得到铝合金铸锭试样。
s4：将s3步骤均匀化处理完成的铸锭在400～450℃下预热2小时，在420～450℃下进行挤压、轧制、锻造热塑性变形工艺，制备出相应的变形合金型材。所述s4步骤中挤压比为5:1～30:1，挤压速度为1.5～3.5m/min。
实施例1：
一种低成本高性能al-mg-mn铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤：
按照重量百分比称取：工业纯镁(mg)3.5%（35kg）；锰(mn)1.0%(以铝锰中间合金加入，其中铝锰质量比为9:1)，合金100kg；余量为工业纯铝al（865kg）。先对al在750℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升到750℃稳定之后加入预热至150℃的al-10mn中间合金，待全部熔化后，加入精炼剂充分搅拌10分钟，将熔体在750℃静置18分钟，并打掉表面的浮渣，然后将熔炼温度降低至720℃并保温20分钟，在720℃的条件下浇注至预热到280℃的铁模中，制备出铝合金铸锭，然后将所得到的合金铸锭采用简单的机加工工艺，制备出相应的铸造合金型材。将铝合金铸锭在500℃的温度下均匀化处理18小时，然后水淬处理，得到铝合金铸锭试样。将均匀化处理完成的铸锭在420℃下预热2小时，在450℃下按照5:1的挤压比、3.5m/min的挤压速度进行挤压制备出相应的变形合金型材。
该合金抗拉强度为：450mpa；屈服强度为：382mpa；延伸率为：15.3%。
实施例2：
一种低成本高性能al-mg-mn铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤：
按照重量百分比称取：工业纯镁(mg)4.5%（45kg）；纯锰(mn)1.5%(以铝锰中间合金加入，其中铝锰质量比为9:1)，合金150kg；余量为工业纯铝al（805kg）。先对al在750℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升到750℃稳定之后加入预热至150℃的al-10mn中间合金，待全部熔化后，加入精炼剂充分搅拌10分钟，将熔体在750℃静置18分钟，并打掉表面的浮渣，然后将熔炼温度降低至720℃并保温20分钟，在720℃的条件下浇注至预热到280℃的铁模中，制备出铝合金铸锭，然后将所得到的合金铸锭采用简单的机加工工艺，制备出相应的铸造合金型材。将铝合金铸锭在500℃的温度下均匀化处理18小时，然后水淬处理，得到铝合金铸锭试样。将均匀化处理完成的铸锭在420℃下预热2小时，在450℃下按照5:1的挤压比、3.5m/min的挤压速度进行挤压制备出相应的变形合金型材。
该合金抗拉强度为：445mpa；屈服强度为：372mpa；延伸率为：16.2%。
实施例3：
一种低成本高性能al-mg-mn铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤：
按照重量百分比称取：工业纯镁(mg)5.5%（55kg）；纯锰(mn)2.0%(以铝锰中间合金加入，其中铝锰质量比为9:1)，合金200kg；余量为工业纯铝al（745kg）。先对al在750℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升到750℃稳定之后加入预热至150℃的al-10mn中间合金，待全部熔化后，加入精炼剂充分搅拌10分钟，将熔体在750℃静置18分钟，并打掉表面的浮渣，然后将熔炼温度降低至720℃并保温20分钟，在720℃的条件下浇注至预热到300℃的铁模中，制备出铝合金铸锭，然后将所得到的合金铸锭采用简单的机加工工艺，制备出相应的铸造合金型材。将铝合金铸锭在500℃的温度下均匀化处理18小时，然后水淬处理，得到铝合金铸锭试样。将均匀化处理完成的铸锭在420℃下预热2小时，在450℃下按照5:1的挤压比、3.5m/min的挤压速度进行挤压制备出相应的变形合金型材。
该合金抗拉强度为：438mpa；屈服强度为：364mpa；延伸率为：17%。
实施例4：
一种低成本高性能al-mg-mn铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤：
按照重量百分比称取：工业纯镁(mg)3.5%（35kg）；纯锰(mn)1.0%(以铝锰中间合金加入，其中铝锰质量比为9:1)，合金100kg；余量为工业纯铝al（865kg）。先对al在750℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升到750℃稳定之后加入预热至150℃的al-10mn中间合金，待全部熔化后，加入精炼剂充分搅拌10分钟，将熔体在750℃静置18分钟，并打掉表面的浮渣，然后将熔炼温度降低至720℃并保温20分钟，在720℃的条件下浇注至预热到280℃的铁模中，制备出铝合金铸锭，然后将所得到的合金铸锭采用简单的机加工工艺，制备出相应的铸造合金型材。将铝合金铸锭在500℃的温度下均匀化处理18小时，然后水淬处理，得到铝合金铸锭试样。将均匀化处理完成的铸锭在420℃下预热2小时，在450℃下按照30:1的挤压比、1.5m/min的挤压速度进行挤压制备出相应的变形合金型材。
该合金抗拉强度为：458mpa；屈服强度为：390mpa；延伸率为：15.8%。
对比例1：
取普通zl201商用铸造铝合金，对其力学性能进行检验，得到其抗拉强度为：≥365mpa；屈服强度为：308mpa；延伸率为：8.7%。
对比例2：
取商用变形铝合金5052，对其力学性能进行检验，得到其抗拉强度为：≥295mpa；屈服强度为：248mpa；延伸率为：6.5%。
结果分析：
采用gb/t228.1:2010标准加工室温拉伸测试试样，在sansiutm5000万能试验机上（拉伸速率：3mm/s）对实施例1-4、对比例1-2所述的铝合金进行测试。
具体实施例及测试效果可以看出，本发明al-mg-mn铸造铝合金材料在经过热塑性变形后，抗拉强度均大于400mpa，屈服强度大于360mpa，延伸率大于15%。与现有的普通zl201商用铸造铝合金、变形铝合金5052相比，本发明变形铝合金具有更好地抗拉强度与延伸率，可以用作为3c产品外壳、汽车座椅、发动机架、散热器支架等机动车零部件轻质结构材料，以更好地服务于汽车产业对于轻质金属型材的需求。