本发明属于铝合金加工领域，特别涉及一种汽车用高强韧高耐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术：
：随着汽车轻量化的发展，铝合金在汽车上的应用日益扩大。安装在汽车前后部位的保险杠和车门内侧的防撞梁是汽车上的重要安全结构件，在汽车发生碰撞过程中，可以吸收缓和外界的冲击力，降低碰撞事故对行人的伤害和对车辆的损坏作用。因此，汽车保险杠和车门防撞梁对铝合金的综合性能也要求较高，如具有较高的强度、断裂韧性和优异的抗腐蚀性能，以提高冲击吸收特性、抗弯曲破碎性和耐持久性等。7000系铝合金是可热处理强化的高强度铝合金，虽然具有强度高的优点，但用于汽车保险杠和车门防撞梁等安全结构件时，普遍存在断裂韧性不足和腐蚀敏感性较大的问题，主要原因是高合金化导致强度与韧性之间存在较大的制约关系，高密度的析出强化相在晶界聚集容易引发应力腐蚀和晶界腐蚀等。通过多元微合金化形成微细铝化物弥散相，抑制再结晶和晶粒长大，保持挤压加工态的纤维状晶粒组织，可以同时提高铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能。现有技术通常在7000系铝合金中加入mn、cr、zr、sc中的一种或几种来抑制再结晶和晶粒长大。mn、cr只能形成非共格的铝化物弥散相，对抑制再结晶的作用较弱。zr虽然能形成亚稳型al3zr弥散相，具有较强的抑制再结晶作用，但在高温长时间均匀化和固溶处理中也会转变为非共格的稳定型al3zr弥散相，对再结晶的抑制作用随之降低。sc可形成与铝基体共格的微细al3sc弥散相，抑制再结晶的效果最好，但sc的价格昂贵。总之，现有技术还无法使7000系铝合金沿挤压方向上获得单一的纤维状晶粒组织，特别是长宽比较大的纤维状晶粒组织，使强度、断裂韧性和抗腐蚀性能的提高仍然受到较大的限制。因此，现有7000系铝合金及其制备方法仍有待改进和发展。技术实现要素：本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种汽车用高强韧高耐蚀铝合金。本发明的另一目的在于提供所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的制备方法。本发明的又一目的在于提供所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种汽车用高强韧高耐蚀铝合金，该合金包含以下按质量百分比计的组分：zn6.1～6.8％，mg1.1～1.7％，cu0.1～0.5％，li0.05～0.3％，er0.05～0.3％，ti0.005～0.015％，b0.001～0.003％，余量为al和不可避免的杂质；其中，zn、mg和cu的质量之和为：7.5％≤zn+mg+cu≤8.4％，li和er的质量之和为：0.2％≤li+er≤0.5％；不可避免的杂质中：fe≤0.15％，si≤0.05％；其它不可避免的杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。所述的汽车用高强韧高耐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照上述质量百分比进行备料，其中，铝、锌和镁采用铝锭、锌锭和镁锭；(2)将铝锭加热到740～760℃进行熔化，再加入镁锭、锌锭和中间合金，搅拌熔化，得到铝合金液i；(3)向铝合金液中加入精炼剂，再通入氩气对铝合金液进行精炼，扒渣、静置，得到铝合金液ii；(4)将铝合金液ii放入流槽，再加入晶粒细化剂进行在线晶粒细化处理，得到铝合金液iii；(5)将铝合金液iii于700～720℃条件下进行铸造，得到铝合金铸锭a；(6)将铝合金铸锭a先升温至400～420℃保温2～3小时，然后继续升温至520～540℃保温8～10小时，再水雾强冷至室温，得到铝合金铸锭b；(7)将铝合金铸锭b加热至480～500℃进行挤压成形，再进行在线淬火，得到挤压铝合金；(8)人工时效处理：将挤压铝合金加热至100～120℃保温3～4小时，再升温至150～180℃保温14～16小时，得到汽车用高强韧高耐蚀铝合金。步骤(1)中所述的铝锭优选为纯度≥99.8％的铝锭。步骤(1)中所述的锌锭优选为纯度≥99.9％的锌锭。步骤(1)中所述的镁锭优选为纯度≥99.95％的镁锭。步骤(2)中所述的中间合金优选为al-20cu合金、al-10li合金和al-10er合金。步骤(3)中所述的精炼剂的添加量优选为按每吨铝合金液i配比2～3公斤精炼剂计算。步骤(3)中所述的氩气优选为纯度≥99.99％的高纯氩气。步骤(3)中所述的精炼的时间优选为10～20分钟。步骤(3)中所述的静置的时间优选为30～60分钟。步骤(4)中所述的晶粒细化剂优选为al-5ti-1b合金杆；所述的al-5ti-1b合金杆的添加量优选为按每吨铝合金液ii配比1～3公斤al-5ti-1b合金杆计算。步骤(4)中所述的得到铝合金液iii还包括在线除气过滤处理的步骤。所述的线除气过滤处理优选通过如下方法实现：依次流过设置在流槽上旋转速度为300～400转/分钟、氩气流量为2～3立方米/小时的除气机和孔隙度为60～80ppi的泡沫陶瓷过滤板，再依次流过旋转速度为400～500转/分钟、氩气流量为2～3立方米/小时的除气箱和管式过滤箱，进行在线除气过滤处理。步骤(5)中所述的铸造优选为在铸造速度为90～100毫米/分钟、冷却水压力为0.3～0.5mpa的条件下进行半连续铸造。步骤(7)中所述的挤压的速度为10～12米/分钟，挤压比(挤压系数λ)为40～50，模具温度为400～420℃。步骤(7)中所述的在线淬火优选为通过如下方法实现：穿水冷却至室温。所述的汽车用高强韧高耐蚀铝合金在制备汽车保险杠或车门防撞梁中的应用。所述的汽车用高强韧高耐蚀铝合金还可以用于电子电器、机械装备、轨道交通、船舶、航空航天等领域。下面对本发明所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的成分组成意义及含量范围限定理由进行说明。zn、mg、cu是铝合金的主要合金元素，这些元素在铝合金中除了具有固溶强化作用外，zn和mg还可析出mgzn2强化相，cu和al可析出cual2强化相，增强铝合金的强度。zn、mg、cu的含量越高，铝合金的强度也越高，但高合金化引起的高强化又容易引发合金产生裂纹，使断裂韧性下降，同时还会扩大晶界与晶内的电位差，使应力腐蚀和晶界腐蚀敏感性增大。本发明通过对合金成分的系统研究，发现当zn含量小于6.1％，mg含量小于1.1％，cu含量小于0.1％时，铝合金的强度达不到汽车保险杠和防撞梁所需的400mpa。当zn含量大于6.8％，mg含量大于1.7％，cu含量大于0.5％时，铝合金的强度会过高，而断裂韧性和抗腐蚀性能则显著恶化。只有当铝合金的zn含量为6.1～6.8％，mg含量为1.1～1.7％，cu含量为0.1～0.5％，且满足7.5％≤zn+mg+cu≤8.4％时，可以平衡铝合金的强度与断裂韧性和抗腐蚀性能之间的矛盾关系，满足汽车保险杠和车门防撞梁对铝合金的高综合性能要求。li、er是铝合金的微合金化元素，在铝合金中可分别形成热力学稳定的al3li和al3er微细弥散相。分别单独添加li或er都有抑制再结晶和晶粒长大的作用。本发明通过研究，发现当复合添加li和er时，其对抑制再结晶的效果及其稳定性都显著好于单独添加li或er的效果，也显著好于添加mn、cr、zr的效果，当li含量为0.05～0.3％，er含量为0.05～0.3％，且满足0.2％≤li+er≤0.5％时，可确保铝合金沿挤压后获得单一的纤维状晶粒组织。而li含量小于0.05％或者er含量小于0.05％时，只能获得由纤维状晶粒和再结晶晶粒组成的混合晶粒组织。而li含量大于0.3％，或者er含量大于0.3％，或者li+er超过0.5％时，则会导致al3li和al3er金属间化合物尺寸变得粗大，也会恶化铝合金的断裂韧性。ti、b是以al-5ti-1b合金杆的形式加入到铝合金中，主要用于细化铝合金铸锭的晶粒，改善铝合金的组织成分均匀性的。通过对本发明铝合金的铸锭微观组织进行研究，发现大晶粒比小晶粒在铸锭挤压后更容易得到纤维状晶粒组织，也更容易获得长宽比更大的纤维状晶粒组织，当添加0.1～0.3％的al-5ti-1b合金杆，铝合金中ti含量为0.005～0.015％，b含量为0.001～0.003％，结合后续的半连续铸造工艺控制，铝合金铸锭的晶粒尺寸为100～400微米，挤压后可获得长宽比大于6的单一纤维状晶粒组织，展现出优异的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能。而al-5ti-1b合金杆加入量小于0.1％，铸锭晶粒尺寸大于400微米，晶粒过于粗大，既不利于铸锭成分和组织的均匀性，还会恶化铝合金的挤压加工性能和力学性能。而al-5ti-1b合金杆加入量大于0.3％，铸锭晶粒尺寸小于100微米，晶粒过于细小，难以获得长宽比较大的单一纤维状晶粒组织。fe、si是铝锭、镁锭、锌锭中不可避免的杂质元素，在铝合金中可形成硬而脆的针状alfesi系金属间化合物，该化合物常常成为断裂发生的裂纹源和裂纹扩展方向，恶化铝合金的强度和断裂韧性。因此，需要严格控制fe和si的含量，本发明通过选用纯度≥99.8％的铝锭、纯度≥99.9％的锌锭、纯度≥99.95％的镁锭作为原材料，控制fe小于0.15％，si小于0.05％的含量，再结合后续的铸锭均匀化处理，可以消除fe、si杂质元素的负面影响。下面对本发明所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的制备方法及主要工艺参数的选择意义和理由进行说明。气孔和夹杂是铝合金的常见缺陷，这些缺陷常常也是断裂的裂纹源和点蚀的起点，因此，提高铝合金的纯净度是保障铝合金获得高综合性能的基础。本发明先采用氩气喷吹精炼剂的方式对炉内铝合金进行精炼除气除杂，然后再将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤，最后再流过除气箱和过滤箱，通过炉内精炼剂喷吹精炼和炉外在线双级除气双级过滤，对铝合金液进行深度净化，使铝合金液的气含量低于0.12毫升/100铝，非金属夹杂物含量podfa低于0.12平方毫米/公斤，大幅度铝合金的洁净度。均匀化处理的目的是消除铸锭内部合金元素的宏微观偏析，使合金元素和粗大化合物充分固溶。本案发明人大量实验研究后发现，本发明所述铝合金的理想均匀化温度和时间是520～540℃和8-10小时，可以完全消除铸锭内部zn、mg、cu元素的宏微观偏析，使元素和粗大金属间化合物充分固溶。固溶温度低于520℃或者时间小于8小，不能消除晶内元素偏析和破碎细化金属间化合物。而固溶温度高于540℃时，则会导致铝合金铸锭局部过烧，恶化铝合金的力学性能。合适的挤压工艺是获得单一的且长宽比较大的纤维状晶粒组织的重要条件。本案发明人通过对本发明所述铝合金的挤压工艺研究后发现，在铝合金铸锭加热为510～530℃、挤压速度为10～12米/分钟、挤压比为40～50、模具温度为400～420℃的条件下进行热挤压成形，铝合金沿挤压方向上可获得单一的且长宽比大于6的纤维状晶粒组织，铝合金展现出高强度、高断裂韧性和高抗腐蚀性能的优异综合性能。如果挤压工艺参数不在上述匹配范围内，均无法获得单一的且长宽比大于6的纤维状晶粒组织，还可能出现铝合金变形抗力会太大，挤压困难，挤压后铝合金在线淬火不充分，无法获得期望的铝合金高综合性能等问题。通过对本发明所述铝合金的时效工艺研究后发现，将挤压铝合金加热至80～100℃预时效3～4小时，再升温至130～140℃终时效14～16小时，然后随炉冷却，可以得到最大的时效强度。如果终极时效温度低于130℃或者时效时间小于14小时，则为亚时效，而终极时效温度高于140℃或者时效时间大于16小时，则会出现过时效，均达不到期望的铝合金强度。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本发明通过设计特定的合金成分组成及其制备方法，使铝合金沿挤压方向上获得单一的、长宽比较大的纤维状晶粒组织，同时提高铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能，满足汽车安全结构件对铝合金高综合性能的要求。2、本发明的铝合金沿挤压方向上获得长宽比大于6的单一纤维状晶粒组织，具有高强度、高断裂韧性和高抗腐蚀性能的优点，满足汽车保险杠和车门防撞梁的要求，同时还可推广应用于电子电器、机械装备、轨道交通、船舶、航空航天等领域，具有广阔的应用前景。3、本发明通过设计特定的合金成分组成，解决了铝合金的强度与断裂韧性和抗腐蚀性能之间的矛盾关系，使铝合金同时具有高强度、高断裂韧性和优异抗腐蚀性能的优点。本发明通过复合添加li、er元素抑制再结晶和晶粒长大，严格控制铝合金的均匀化和挤压工艺，使铝合金沿挤压方向上获得长宽比大于6的单一纤维状晶粒组织，实现铝合金强度、断裂韧性和抗腐蚀性能同时大幅提高。本发明所述铝合金的抗拉强度400～460mpa，屈服强度350～380mpa，断后伸长率15～16％，满足汽车保险杠和车门防撞梁等安全结构件对铝合金的高综合性能要求。5、本发明通过控制晶粒细化剂的添加量和半连续铸造工艺，使铝合金铸锭获得尺寸为100～400微米的晶粒组织，确保铸锭挤压后获得单一的且长宽比较大的纤维状晶粒组织；通过复合添加li、er元素抑制再结晶和晶粒长大，严格控制铝合金的均匀化和挤压工艺，实现铝合金强度、断裂韧性和抗腐蚀性能同时大幅提高。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例11、汽车用高强韧高耐蚀铝合金的各组分化学成份按质量百分比计：zn6.1％，mg1.7％，cu0.1％，li0.05％，er0.3％，ti0.015％，b0.0012％，余量为al和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中：fe0.149％，si≤0.05％，其它不可避免的杂质单个含量＜0.05％，其他不可避免的杂质总量≤0.15％。2、所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的制备方法包括以下步骤：第一步：纯度≥99.8％的铝锭、纯度≥99.9％的锌锭、纯度≥99.95％的镁锭和al-20cu合金、al-10li合金、al-10er合金、al-5ti-1b合金杆(晶粒细化剂)作为原材料；第二步：将铝锭在740～745℃加热熔化，加入占原材料总重量为6.1％的锌锭、1.7％的镁锭和0.10％的al-20cu合金，0.05％的al-10li合金、0.3％al-10er合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：按2公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行10分钟的精炼，扒渣后再静置60分钟；第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按3公斤/吨铝合金液的比例，将al-5ti-1b合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为300转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；第六步：将在线除气过滤处理后的铝合金液再依次流过旋转速度为400转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转喷吹除气箱和管式过滤箱，进行在线除气过滤处理；第七步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度705℃、铸造速度90毫米/分钟、冷却水压力0.3mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；第八步：均匀化处理：将铝合金铸锭加热至400℃保温2小时，再继续升温至540℃均匀化处理10小时，然后水雾强制冷却至室温；第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至480℃，在挤压速度10米/分钟、挤压比42、模具温度400℃条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；第十步：将挤压铝合金加热至100℃预时效4小时，再升温至180℃终时效14小时，随炉冷却后得到汽车用高强韧高耐腐蚀铝合金。实施例21、汽车用高强韧高耐蚀铝合金的各组分化学成份按质量百分比计：zn6.8％，mg1.1％，cu0.5％，li0.05％，er0.3％，ti0.005％，b0.001％，余量为al和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中：fe0.11％，si≤0.05％，其它不可避免的杂质单个含量＜0.05％，其他不可避免的杂质总量≤0.15％。2、所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的制备方法包括以下步骤：第一步：纯度≥99.8％的铝锭、纯度≥99.9％的锌锭、纯度≥99.95％的镁锭和al-20cu合金、al-10li合金、al-10er合金、al-5ti-1b合金杆作为原材料；第二步：将铝锭在755～760℃加热熔化，加入占原材料总重量为6.8％的锌锭、1.1％的镁锭和0.5％的al-20cu合金，0.05％的al-10li合金、0.3％al-10er合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：按3公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行20分钟的精炼，扒渣后再静置30分钟；第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按1公斤/吨铝合金液的比例，将al-5ti-1b合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为400转/分钟、氩气流量为3立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为80ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；第六步：将在线除气过滤处理后的铝合金液再依次流过旋转速度为500转/分钟、氩气流量为3立方米/小时的旋转喷吹除气箱和管式过滤箱，进行在线除气过滤处理；第七步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度715℃、铸造速度100毫米/分钟、冷却水压力0.5mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；第八步：均匀化处理：将铝合金铸锭加热至420℃保温3小时，再继续升温至520℃均匀化处理10小时，然后水雾强制冷却至室温；第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至480℃，在挤压速度12米/分钟、挤压比50、模具温度420℃条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；第十步：将挤压铝合金加热至120℃预时效4小时，再升温至150℃终时效16小时，随炉冷却后得到电子产品外壳用高强度铝合金。实施例31、铝合金的各组分化学成份按质量百分比计：zn6.4％，mg1.3％，cu0.5％，li0.15％，er0.15％，ti0.005％，b0.002％，余量为al和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中：fe0.12％，si≤0.05％，其他不可避免的杂质单个含量≤0.05％，其他不可避免的杂质总量≤0.15％。2、制备方法同实施例1。对比例11、各组分化学成份按质量百分比计：zn5.7％，mg1.1％，cu0.12％，li0.005％，er0.005％，ti0.015％，b0.004％，余量为al和其他不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中：fe0.16％，si≤0.05％，其他不可避免的杂质单个含量＜0.05％，其他不可避免的杂质总量≤0.15％。2、所述汽车用高强韧高耐蚀铝合金的制备方法包括以下步骤：第一步：纯度≥99.8％的铝锭、纯度≥99.9％的锌锭、纯度≥99.95％的镁锭和al-20cu合金、al-10li合金、al-10er合金、al-5ti-1b合金杆作为原材料；第二步：将铝锭在740～745℃加热熔化，加入占原材料总重量为5.7％的锌锭、1.1％的镁锭和0.12％的al-20cu合金，0.005％的al-10li合金、0.005％al-10er合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：按2公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行10分钟的精炼，扒渣后再静置60分钟；第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按2.5公斤/吨铝合金液的比例，将al-5ti-1b合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；第五步：将在线晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为300转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；第六步：将在线除气过滤处理后的铝合金液再依次流过旋转速度为400转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转喷吹除气箱和管式过滤箱，进行在线除气过滤处理；第七步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度705℃、铸造速度90毫米/分钟、冷却水压力0.3mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；第八步：均匀化处理：将铝合金铸锭加热至450℃保温2小时，再继续升温至520℃均匀化处理10小时，然后水雾强制冷却至室温；第九步：将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至480℃，在挤压速度10米/分钟、挤压比42、模具温度400℃条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；第十步：将挤压铝合金加热至120℃时效24小时，随炉冷却后得到铝合金。对比例21、各组分化学成份按质量百分比计：zn5.8％，mg1.2％，cu0.12％，li0.005％，er0.013％，ti0.015％，b0.004％，余量为al和其他不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质中：fe0.18％，si0.08％，其他不可避免的杂质单个含量＜0.05％，其他不可避免的杂质总量≤0.15％。2、制备方法同实施例1。效果实施例11、将上述实施例1～3和对比例1～2所制得的挤压铝合金进行以下检测：按照gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对产品进行力学性能测试；按国家标准gb/t12967.3-2008《铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第3部分:铜加速乙酸盐雾试验(cass试验》对表面进行24小时盐雾试验.按gb-t6461_2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》进行评定。结果如表1所示：表1实施例1～3的合金以及对比例1～2的合金的力学性能和盐雾试验外观评级。抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％)盐雾试验外观评级实施例146238116.3九级实施例241335815.6九级实施例343636315.2九级对比例136231813.3四级对比例237632614.3四级从表1可以看出，利用本发明的方法制备得到的铝合金的抗拉强度400～460mpa，屈服强度350～380mpa，断后伸长率15～16％，满足汽车保险杠和车门防撞梁等安全结构件对铝合金的高综合性能要求。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12