本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高强高韧铝合金型材。
背景技术：
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。
随着现代工业的迅速发展，对铝合金型材的强度和韧性提出了更高的要求。因此，亟需开发一种同时具有高强度高韧性的铝合金型材。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强高韧铝合金型材，其强度高，韧性好，且用其制成的产品不易变形、变色，使用寿命长。
本发明提出的一种高强高韧铝合金型材，其按重量百分数包括如下组分：Mg 0.6-0.9％、Si 0.6-0.8％、Fe 0.15-0.35％、Cu 0.06-0.2％、Mn 0.1-0.3％、Cr 0.08-0.13％、Re 0.07-0.12％、Zr 0.06-0.12％、Sc 0.03-0.06％、Ti 0.02-0.06％、余量为Al，并按照如下步骤制备：
S1、将铝锭加入熔炼炉中，升温至730-760℃后加入Al-Fe中间合金，继续升温至760-800℃，加入Al-Si、Al-Cu、Al-Mn中间合金搅拌20-25min，然后加入Al-Cr中间合金搅拌5-10min，再加入Al-Re、Al-Zr、Al-Sc、Al-Ti中间合金搅拌10-15min，降温至710-730℃后加入Mg锭搅拌5-10min，再加入精炼剂并通入体积比为3-4:1-2:0.5-1.5:1的N2+Ar+CO+Cl2的多元混合气体，气体压力为0.15-0.2atm，气体流量为3.6-4.2m3/h，通气时间为15-30min，静置20-25min后扒渣，取样进行炉前分析，调整各组分含量在上述配方范围内，得到铝液；
S2、将S1得到的铝液升温至730-750℃后浇注到金属铸模内，采用连续铸造得到铸锭，铸造温度为700-710℃，铸造速度为105-115mm/min，冷却水压为0.2-0.3MPa，冷却水进水口水温不高于20℃，出水口水温不高于40℃；
S3、将S2得到的铸锭进行均匀化处理，先以120-160℃/h的升温速率升温至280-320℃，保温1-3h，然后以10-20℃/h的升温速率升温至510-530℃，保温5-10h，再以50-80℃/h的降温速率降温至220-250℃，保温1-3h，放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下；
S4、将经S3均匀化处理后的铸锭以50-100℃/h的升温速率预热至480-520℃，再利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为450-480℃，挤压筒预热温度为510-530℃，挤压速率为22-30m/min；
S5、将S4挤出成型后的型材坯件采用在线风冷淬火，在线风冷淬火后进行时效处理，先以20-30℃/h的升温速率升温至120-150℃，保温5-10h，再以40-50℃/h的升温速率升温至200-230℃，保温5-10h，然后以60-70℃/h的降温速率降温至70-80℃，保温10-15h，空冷至室温后再以50-60℃/h的升温速率升温至160-180℃，保温5-10h，接着以30-40℃/h的降温速率降温至80-100℃，保温10-15h，空冷至室温后再以80-90℃/h的升温速率升温至120-140℃，保温5-10h，空冷至室温，然后经表面处理后得到所述高强高韧铝合金型材。
优选地，S1中，Mg、Si的重量配比为1-1.1，Mg、Si的重量百分数之和为1.3-1.5％。
优选地，S1中，所述精炼剂按重量百分含量包括：氟硅酸钠10-15％、冰晶石10-15％、无水硼砂5-10％、硝酸钠10-20％、氯化钠20-30％、氯化钾25-35％、二氧化钛1-5％；优选地，所述精炼剂的用量为所述铝液质量的0.1-0.3％。
优选地，S1中，铝液中的氢含量为0.05-0.1ml/100g。
优选地，S2中，将S1得到的铝液浇注到金属铸模内时，还包括向铝液中加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为Al-5％Ti-1％B。
优选地，S3中，将S2得到的铸锭进行均匀化处理，先以140-150℃/h的升温速率升温至290-310℃，保温1-2h，再以14-16℃/h的升温速率升温至515-525℃，保温7-8h，然后以60-70℃/h的降温速率降温至230-240℃，保温2-3h，放入0-3℃冰盐水中冷却至40℃以下。
优选地，S4中，将经S3均匀化处理后的铸锭以70-80℃/h的升温速率预热至490-510℃，再利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为460-470℃，挤压筒预热温度为515-525℃，挤压速率为24-28m/min。
优选地，S5中，将S4挤出成型后的型材坯件采用在线风冷淬火，风速为5-10m/s，大风量冷却，冷却速度为45-55℃/h。
优选地，S5中，进行时效处理时，先以24-26℃/h的升温速率升温至130-140℃，保温7-8h，再以44-46℃/h的升温速率升温至210-220℃，保温7-8h，然后以64-66℃/h的降温速率降温至74-76℃，保温12-13h，空冷至室温后再以54-56℃/h的升温速率升温至165-175℃，保温7-8h，接着以34-36℃/h的降温速率降温至85-95℃，保温12-13h，空冷至室温后再以82-86℃/h的升温速率升温至125-135℃，保温6-7h，空冷至室温。
优选地，S5中，表面处理包括依次进行脱脂，碱洗，水冲洗，出光，水冲洗，阳极氧化，封孔，干燥处理；优选地，阳极氧化溶液包括2-2.4mol/L的丙二酸，阳极氧化温度为13-17℃，阳极氧化时间为4-8h，电压为100-105V，阴极材料为石墨板，电流为15-20mA/cm2。
本发明提出的一种高强高韧铝合金型材，首先对合金成分进行了优化，通过对合金中Mg元素和Si元素的用量配比进行限定，在保证使合金中所有Mg能形成Mg2Si相以发挥Mg的强化作用的同时，随着Si含量的增加，合金的晶粒变得细小，合金的流动性增大，铸造性能提高，热处理强化效果增大，型材的强度得到显著提高，为最终合金强度的提升奠定基础；适量Fe、Mn元素的加入则可以在合金中形成A1(MnFe)3Si相，其对于提高合金韧性具有显著的效果，为最终合金韧性的提升奠定基础；微量Cr的加入可以改善Al-Mg-Si合金的铸态组织，在铸锭均匀化处理过程中，形成含Mn、Cr的第二相Al(MnFe)Si和Al(MnCrFe)Si颗粒，其可以加速β-FeAlSi相向尺度较小的粒状的α-FeAlSi相转化，不仅减少了粗大结晶相对合金性能的不利影响，而且含Mn、Cr相的弥散质点可阻止合金热挤压过程中的再结晶，有利于得到纤维状组织，并促进细小时效强化相的析出，从而强化了合金；稀土Re的加入不仅可以净化去氢、氧、氮、碳等，通过产生稀土氢化物的方式去除氢的有害作用，而且细化晶粒，产生稀土高熔点化合物成为晶核核心，对于改善合金性能具有显著效果；Zr、Sc可形成细小的Al3Zr、Al3Sc金属间化合物，二者呈弥散质点存在时，可细化晶粒，并在热加工及热处理后容易保持未再结晶不部分再结晶的组织，提高合金强度和韧性性能；Ti的加入则可形成大量细小的TiAl3质点，显著提高固溶强化的效果。
其次，在对上述组分的铝合金熔液进行精炼过程中，为了减少其他有害元素以及杂质对铝合金型材的性能的影响，本发明中通过选用精炼剂形成的熔融盐净化法和高纯多元混合气体的除气法对铝液进行联合净化，其中特定精炼剂的选择可以形成具有较大多孔表面积的熔盐，可以与铝液中的不溶性夹杂发生化学反应进行精炼除杂，从而对铝液进行脱氧、改性作用；同时通过通入多元混合气体，除了可以除氢、除氧以外，由于多元混合气体在喷吹入铝液的同时，气泡上升能够带动熔盐与杂质反应后的复盐很快上浮聚集在表面，并且熔盐在高温和气体喷吹条件下可以呈液体或部分胶体状态，为铝液提供了大量的自由电荷，因此形成带不同电荷的胶体微粒，微粒之间由于相互排斥作用而形成微观通道，这些微观通道富集在熔盐、夹杂和大块枝晶状颗粒中，微小气泡沿这些通道上升并不断从周围吸附氢、氧等气体，使氢、氧等气体极易聚集在通道的附近，通道附近的氢、氧等气体增多，在气泡沿通道上升过程中，界面压差和氢、氧等气体的接触频率增大，这相当于间接增大了气泡与氢、氧等气体的接触面积，并使气泡即使在气体含量较低的情况下也能够容易地吸附较多的氢、氧等气体，克服了单纯的气泡浮游法由于受到内外气体压差、接触面积及上升路线的限制而除氢除氧效果不佳的局限性，因此上述这种联合净化法对于铝液净化具有显著的效果，有利于获得高品质的致密铝合金结构，由于高纯化是成为高性能铝合金的基本要求，即上述净化方法对于本发明中铝合金型材获得高强高韧性能提供了最大支撑。
此外，本发明中还包括对其所述特定组分的铝合金熔液进行铸造，通过变质细化处理，有利于得到一种晶体结构更加致密的金属铸锭；此后对铸锭进行区别于常规的强化均匀化处理，通过对铝合金铸锭先快速升温至较低温度，然后缓慢升温至较高温度，最后缓冷或空冷至室温，可有效减少合金组织中粗大结晶相颗粒，充分发挥合金元素的有益作用；接着对铸锭依次进行挤压成型，退火处理和时效处理，进一步改善铝合金型材的内部组织均匀性与晶粒的细化，大大改善了铝合金型材的质量与加工性能；最后再对铝合金型材进行表面处理，通过各个工艺条件的优化下的阳极氧化处理，在其表面形成厚度适中的氧化膜，最后封孔，从而显著提高铝合金型材的耐磨、耐光和耐腐蚀性能，并使铝合金型材具有良好的光泽和色泽。
对本发明所述高强高韧铝合金型材进行性能检测，结果如下：抗拉强度为740-780MPa，屈服强度为565-595MPa，延伸率为18.2-19.3％，盐雾试验腐蚀率为0.1-0.12mg/cm2·d。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强高韧铝合金型材，其按重量百分数包括如下组分：
Mg 0.6％、Si 0.8％、Fe 0.15％、Cu 0.2％、Mn 0.1％、Cr 0.13％、Re 0.07％、Zr 0.12％、Sc 0.03％、Ti 0.06％、余量为Al，并按照如下步骤制备：
S1、将铝锭加入熔炼炉中，升温至730℃后加入Al-Fe中间合金，继续升温至800℃，加入Al-Si、Al-Cu、Al-Mn中间合金搅拌20min，然后加入Al-Cr中间合金搅拌10min，再加入Al-Re、Al-Zr、Al-Sc、Al-Ti中间合金搅拌10min，降温至730℃后加入Mg锭搅拌5min，再加入所述铝液质量的0.3％的精炼剂并通入体积比为3:2:0.5:1的N2+Ar+CO+Cl2的多元混合气体，其中所述精炼剂按重量百分含量包括：氟硅酸钠10％、冰晶石10％、无水硼砂10％、硝酸钠10％、氯化钠30％、氯化钾25％、二氧化钛5％，气体压力为0.15atm，气体流量为4.2m3/h，通气时间为15min，静置25min后扒渣，取样进行炉前分析，调整各组分含量在上述配方范围内，得到铝液；
S2、向S1得到的铝液中加入晶粒细化剂Al-5％Ti-1％B，升温至730℃后浇注到金属铸模内，采用连续铸造得到铸锭，铸造温度为710℃，铸造速度为105mm/min，冷却水压为0.3MPa，冷却水进水口水温不高于20℃，出水口水温不高于40℃；
S3、将S2得到的铸锭进行均匀化处理，先以120℃/h的升温速率升温至320℃，保温1h，然后以20℃/h的升温速率升温至510℃，保温10h，再以50℃/h的降温速率降温至250℃，保温1h，放入5℃冰盐水中冷却至50℃以下；
S4、将经S3均匀化处理后的铸锭以50℃/h的升温速率预热至520℃，再利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为450℃，挤压筒预热温度为530℃，挤压速率为22m/min；
S5、将S4挤出成型后的型材坯件采用在线风冷淬火，风速为10m/s，大风量冷却，冷却速度为45℃/h，在线风冷淬火后进行时效处理，先以30℃/h的升温速率升温至120℃，保温10h，再以40℃/h的升温速率升温至230℃，保温5h，然后以70℃/h的降温速率降温至70℃，保温15h，空冷至室温后再以50℃/h的升温速率升温至180℃，保温5h，接着以40℃/h的降温速率降温至80℃，保温15h，空冷至室温后再以80℃/h的升温速率升温至140℃，保温5h，空冷至室温，然后依次进行脱脂，碱洗，水冲洗，出光，水冲洗，阳极氧化，封孔，干燥处理，阳极氧化溶液包括2.4mol/L的丙二酸，阳极氧化温度为13℃，阳极氧化时间为8h，电压为100V，阴极材料为石墨板，电流为20mA/cm2，得到所述高强高韧铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种高强高韧铝合金型材，其按重量百分数包括如下组分：Mg 0.9％、Si 0.6％、Fe 0.35％、Cu 0.06％、Mn 0.3％、Cr 0.08％、Re 0.12％、Zr 0.06％、Sc 0.06％、Ti 0.02％、余量为Al，并按照如下步骤制备：
S1、将铝锭加入熔炼炉中，升温至760℃后加入Al-Fe中间合金，继续升温至760℃，加入Al-Si、Al-Cu、Al-Mn中间合金搅拌25min，然后加入Al-Cr中间合金搅拌5min，再加入Al-Re、Al-Zr、Al-Sc、Al-Ti中间合金搅拌15min，降温至710℃后加入Mg锭搅拌10min，再加入所述铝液质量的0.1％的精炼剂并通入体积比为4:1:1.5:1的N2+Ar+CO+Cl2的多元混合气体，其中所述精炼剂按重量百分含量包括：氟硅酸钠14％、冰晶石10％、无水硼砂5％、硝酸钠20％、氯化钠20％、氯化钾30％、二氧化钛1％，气体压力为0.2atm，气体流量为3.6m3/h，通气时间为30min，静置20min后扒渣，取样进行炉前分析，调整各组分含量在上述配方范围内，得到铝液；
S2、向S1得到的铝液中加入晶粒细化剂Al-5％Ti-1％B，升温至750℃后浇注到金属铸模内，采用连续铸造得到铸锭，铸造温度为700℃，铸造速度为115mm/min，冷却水压为0.2MPa，冷却水进水口水温不高于20℃，出水口水温不高于40℃；
S3、将S2得到的铸锭进行均匀化处理，先以160℃/h的升温速率升温至280℃，保温3h，然后以10℃/h的升温速率升温至530℃，保温5h，再以80℃/h的降温速率降温至220℃，保温3h，放入0℃冰盐水中冷却至50℃以下；
S4、将经S3均匀化处理后的铸锭以100℃/h的升温速率预热至480℃，再利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为480℃，挤压筒预热温度为510℃，挤压速率为30m/min；
S5、将S4挤出成型后的型材坯件采用在线风冷淬火，风速为5m/s，大风量冷却，冷却速度为55℃/h，在线风冷淬火后进行时效处理，先以20℃/h的升温速率升温至150℃，保温5h，再以50℃/h的升温速率升温至200℃，保温10h，然后以60℃/h的降温速率降温至80℃，保温10h，空冷至室温后再以60℃/h的升温速率升温至160℃，保温10h，接着以30℃/h的降温速率降温至100℃，保温10h，空冷至室温后再以90℃/h的升温速率升温至120℃，保温10h，空冷至室温，然后依次进行脱脂，碱洗，水冲洗，出光，水冲洗，阳极氧化，封孔，干燥处理，阳极氧化溶液包括2mol/L的丙二酸，阳极氧化温度为17℃，阳极氧化时间为4h，电压为105V，阴极材料为石墨板，电流为15mA/cm2，得到所述高强高韧铝合金型材。
实施例3
本发明提出的一种高强高韧铝合金型材，其按重量百分数包括如下组分：Mg 0.7％、Si 0.7％、Fe 0.25％、Cu 0.13％、Mn 0.2％、Cr 0.1％、Re 0.09％、Zr 0.09％、Sc 0.04％、Ti 0.04％、余量为Al，并按照如下步骤制备：
S1、将铝锭加入熔炼炉中，升温至740℃后加入Al-Fe中间合金，继续升温至780℃，加入Al-Si、Al-Cu、Al-Mn中间合金搅拌22min，然后加入Al-Cr中间合金搅拌7min，再加入Al-Re、Al-Zr、Al-Sc、Al-Ti中间合金搅拌12min，降温至720℃后加入Mg锭搅拌7min，再加入所述铝液质量的0.2％的精炼剂并通入体积比为3.5:1.5:1:1的N2+Ar+CO+Cl2的多元混合气体，其中所述精炼剂按重量百分含量包括：氟硅酸钠12％、冰晶石13％、无水硼砂7％、硝酸钠15％、氯化钠20％、氯化钾30％、二氧化钛3％，气体压力为0.17atm，气体流量为3.9m3/h，通气时间为20min，静置22min后扒渣，取样进行炉前分析，调整各组分含量在上述配方范围内，得到铝液；
S2、向S1得到的铝液中加入晶粒细化剂Al-5％Ti-1％B，升温至740℃后浇注到金属铸模内，采用连续铸造得到铸锭，铸造温度为705℃，铸造速度为110mm/min，冷却水压为0.25MPa，冷却水进水口水温不高于20℃，出水口水温不高于40℃；
S3、将S2得到的铸锭进行均匀化处理，先以140℃/h的升温速率升温至310℃，保温1h，再以16℃/h的升温速率升温至515℃，保温8h，然后以60℃/h的降温速率降温至240℃，保温2h，放入3℃冰盐水中冷却至40℃以下；
S4、将经S3均匀化处理后的铸锭以70℃/h的升温速率预热至510℃，再利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为460℃，挤压筒预热温度为525℃，挤压速率为24m/min；
S5、将S4挤出成型后的型材坯件采用在线风冷淬火，风速为7m/s，大风量冷却，冷却速度为50℃/h，在线风冷淬火后进行时效处理，先以24℃/h的升温速率升温至140℃，保温7h，再以46℃/h的升温速率升温至210℃，保温8h，然后以64℃/h的降温速率降温至76℃，保温12h，空冷至室温后再以56℃/h的升温速率升温至165℃，保温8h，接着以34℃/h的降温速率降温至95℃，保温12h，空冷至室温后再以86℃/h的升温速率升温至125℃，保温7h，空冷至室温，然后依次进行脱脂，碱洗，水冲洗，出光，水冲洗，阳极氧化，封孔，干燥处理，阳极氧化溶液包括2.2mol/L的丙二酸，阳极氧化温度为15℃，阳极氧化时间为6h，电压为102V，阴极材料为石墨板，电流为17mA/cm2，得到所述高强高韧铝合金型材。
实施例4
本发明提出的一种高强高韧铝合金型材，其按重量百分数包括如下组分：Mg 0.8％、Si 0.7％、Fe 0.3％、Cu 0.1％、Mn 0.2％、Cr 0.09％、Re 0.01％、Zr 0.08％、Sc 0.05％、Ti 0.03％、余量为Al，并按照如下步骤制备：
S1、将铝锭加入熔炼炉中，升温至750℃后加入Al-Fe中间合金，继续升温至770℃，加入Al-Si、Al-Cu、Al-Mn中间合金搅拌23min，然后加入Al-Cr中间合金搅拌8min，再加入Al-Re、Al-Zr、Al-Sc、Al-Ti中间合金搅拌13min，降温至725℃后加入Mg锭搅拌8min，再加入所述铝液质量的0.15％的精炼剂并通入体积比为3.4:1.6:0.8:1的N2+Ar+CO+Cl2的多元混合气体，其中所述精炼剂按重量百分含量包括：氟硅酸钠15％、冰晶石10％、无水硼砂5％、硝酸钠14％、氯化钠20％、氯化钾35％、二氧化钛1％，气体压力为0.18atm，气体流量为3.8m3/h，通气时间为25min，静置23min后扒渣，取样进行炉前分析，调整各组分含量在上述配方范围内，得到铝液；
S2、向S1得到的铝液中加入晶粒细化剂Al-5％Ti-1％B，升温至735℃后浇注到金属铸模内，采用连续铸造得到铸锭，铸造温度为708℃，铸造速度为112mm/min，冷却水压为0.26MPa，冷却水进水口水温不高于20℃，出水口水温不高于40℃；
S3、将S2得到的铸锭进行均匀化处理，先以150℃/h的升温速率升温至290℃，保温2h，再以14℃/h的升温速率升温至525℃，保温7h，然后以70℃/h的降温速率降温至230℃，保温3h，放入0℃冰盐水中冷却至40℃以下；
S4、将经S3均匀化处理后的铸锭以80℃/h的升温速率预热至490℃，再利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为470℃，挤压筒预热温度为515℃，挤压速率为28m/min；
S5、将S4挤出成型后的型材坯件采用在线风冷淬火，风速为8m/s，大风量冷却，冷却速度为48℃/h，在线风冷淬火后进行时效处理，先以26℃/h的升温速率升温至130℃，保温8h，再以44℃/h的升温速率升温至220℃，保温7h，然后以66℃/h的降温速率降温至74℃，保温13h，空冷至室温后再以54℃/h的升温速率升温至175℃，保温7h，接着以36℃/h的降温速率降温至85℃，保温13h，空冷至室温后再以82℃/h的升温速率升温至135℃，保温6h，空冷至室温，然后依次进行脱脂，碱洗，水冲洗，出光，水冲洗，阳极氧化，封孔，干燥处理，阳极氧化溶液包括2.3mol/L的丙二酸，阳极氧化温度为16℃，阳极氧化时间为5h，电压为103V，阴极材料为石墨板，电流为18mA/cm2，得到所述高强高韧铝合金型材。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。