一种热稳定6xxx系铝合金及其热处理工艺的制作方法

本发明属于有色金属材料
技术领域：
，特别涉及一种热稳定6xxx系铝合金及其热处理工艺。
背景技术：
：铝及铝合金作为轻量化材料已经在现代交通领域得到了广泛应用，与传统钢材相比，铝合金比强度高、重量轻、耐蚀性优良，因此铝合金在汽车和航空领域得到广泛应用。6xxx系合金价格低，是一种应用最广的铝合金，其典型的热处理方法为t6处理：经铸造和均匀化处理后进行变形，然后进行固溶处理和淬火，最后在一定温度下进行时效强化处理。时效处理后铝合金中析出了均匀弥散的纳米尺度硬化颗粒阻碍位错运动使铝合金强化。6xxx系是一种典型析出硬化铝合金，硅含量过剩的6xxx系铝合金析出速度快硬化效应显著，其主析出相包括单斜结构的gp区和β”相以及q系列相等，这些相在服役时随外在环境发生变化从而影响寿命和安全。不同成分和不同热处理工艺制造的铝合金板，服役性能的优劣差别很大。民用和军用交通运输的发展对铝合金板材都提出了更高要求，尤其是在服役安全和稳定性方面。目前使用的6xxx系铝合金虽然具有较快的析出动力学，但这些合金有很多使用局限性。对于高铁、战斗机这种使用环境恶劣，需要暴露于较高温度的装备，铝合金在使用过程中，内部析出相易于粗化而强度降低，以至于使整个零件结构的稳定性降低，同时晶界处还易于形成粗大析出相和无析出带，抗腐蚀性能和疲劳寿命下降，这些因素会造成交通设备服役安全和寿命系数降低。综合以上分析，开发处一种在高温环境下更稳定的新型铝合金非常重要。技术实现要素：为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热稳定6xxx系铝合金及其热处理工艺，通过控制不同合金元素的含量及比例来使合金在高温下具有较好的抗蠕变性，因此热稳定性保持良好，可提高合金服役状态下的热稳定性，同时通过对其热处理，使力学性能得到增强，该类铝合金板材具有更高的强度且高温暴露下性能稳定，增强轻量化铝合金板材的竞争力，促进铝合金在汽车和飞机上的广泛应用。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种热稳定6xxx系铝合金，以质量百分比计，其组成为：其余为al和微量杂质。所述mg和si的质量比在2～3之间，且mg和si的质量比不等于2；mg、si和cu的总含量不低于2.4％，si和cu相对于mg的质量比[(si+0.5×cu)/mg]小于1。所述微量杂质的组成为：fe<0.2，zn<0.1，ti<0.05，cr<0.3。本发明还提供了其热处理工艺：固溶淬火处理后，在60分钟内进行热处理，热处理温度为160℃～200℃，热处理时间5～30小时。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明设计的新型6xxx系铝合金，在高温状态下的热稳定性比现有6xxx系铝合金时间延长了40-60h，使用在高铁、战斗机这种使用环境恶劣的高速运行运输工具上，可以提高服役安全和寿命系数。2.本发明提出的新型6xxx系铝合金经热处理后，相比现有合金，延伸率在保持的同时屈服强度可以提升40-50mpa。提供的热处理方法可以改善铝合金构件的力学性能，提升铝合金板材的品质，使铝合金运用更加广泛。附图说明图1是本发明对比实施例和实施例铝合金板材的蠕变曲线示意图。具体实施方式以下结合实施案例对本发明方法进一步阐释并进行数据说明，但本发明不局限于这些实施例。实施例所用样品为商用6xxx系和新型6xxx系铝合金。其中，对比实施例所用样品分为商用合金6013和合金a，6013的化学成分(镁硅质量比接近1)为:mg1.05wt.％,si0.95wt.％,cu0.5wt.％,mn0.10wt.％,cr0.11wt.％,ti0.10wt.％，fe0.23wt.％，其余为铝；a的化学成分(镁硅质量比接近2)为:mg0.98wt.％,si0.52wt.％,cu0.81wt.％,mn0.13wt.％,cr0.13wt.％,ti0.11wt.％，fe0.23wt.％，其余为铝。实施例所用样品分为合金b，化学成分(镁硅质量比接近2.6)为:mg1.05wt.％,si0.41wt.％,cu1.08wt.％,mn0.13wt.％,cr0.13wt.％,ti0.11wt.％，fe0.23wt.％，其余为铝；合金硬度测试在vickers硬度试验机上进行,实验载荷为4.9n,持续时间为15s。拉伸试验采用标准为：gb/t228-2002。高温蠕变时效试验在在三思泰捷公司生产的rmt-d10型电子式高温蠕变持久强度试验机上进行，试验机的控温精度为±2℃，载荷精度为±3n。基于以上考虑设计了以下实施例：对比实施例1现有6013铝合金在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后进行180℃峰值时效，得铝合金板材进行室温拉伸测试。对比实施例2现有6013铝合金在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后进行峰值时效，得铝合金板材在蠕变机里进行蠕变实验，蠕变时效温度选取250℃，蠕变时间为60h，蠕变应力为100mpa。对比实施例3a铝合金在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后进行180℃峰值时效，得铝合金板材进行室温拉伸测试。对比实施例4a铝合金在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后进行峰值时效，得铝合金板材在蠕变机里进行蠕变实验，蠕变时效温度选取250℃，蠕变时间为60h，蠕变应力为100mpa。实施例1新型6xxx系铝合金b在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后，进行180℃峰值时效，得铝合金板材进行室温拉伸测试。实施例2新型6xxx系铝合金b在空气循环电阻炉中进行固溶处理水淬后，得铝合金板材，然后在蠕变机里进行蠕变实验，蠕变时效温度选取250℃，蠕变时间为100h，蠕变应力为100mpa。表1实施例和对比实施例相应工艺处理后拉伸性能(强度单位：mpa)对比实施例1对比实施例3实施例1屈服强度319.0323.57371.2抗拉强度441.6462.6469.20断后延伸率10.95％9.30％9.95％表1为新型6xxx系铝合金和对比实施例经相同时效热处理后的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率。图1是对比例和实施例随时间变化的蠕变曲线，由于对比实施例1在10小时就发生蠕变断裂，其蠕变曲线未在图中绘出。从这些图标可以知道，本发明新型6xxx系合金在高温环境下抗蠕变性能好，热稳定性相比传统6xxx系铝合金延长了40-60h，同时使用新的合金，可以使新型6xxx系合金延伸率保持的同时屈服强度提升40-50mpa(传统6xxx系合金屈服强度为310-330mpa)。以上数据证明本发明提出的新型6xxx系铝合金可以提高铝合金热稳定以及力学性能，拓展6xxx系铝合金的应用范围。当前第1页12