一种高强度高延伸率铝合金及其生产方法与流程

本发明属于铝合金生产领域，具体涉及一种高强度高延伸率铝合金及其生产方法。

背景技术：

铝硅合金具有轻质、高强、耐蚀、可塑等一系列优良的特点，是一种应用最为广泛的有色金属结构材料。铝硅合金已被广泛应用于航天、航空、汽车、机械制造、船舶、高铁、核工业、建筑、体育用品等多个领域。

伴随着新型合金的开发和制备工艺的改进，铝硅合金的综合性能不断提高，铝硅合金的应用领域也不断扩展。提高铝硅合金综合性能的手段主要有2种，一种是利用合金化和成分优化的方法，一种是利用形变热处理的方法。形变热处理的方法主要是通过对铝硅合金变形及热处理过程中的工艺参数控制实现对铝硅合金组织性能调控的方法，对于可时效强化热处理的2xxx铝合金，先后出现了t4、t5、t6、t351等多种形变热处理状态，这些热处理状态在一定程度上提高了2xxx铝合金的综合性能。尽管这些现有的形变热处理工艺涉及多种处理方法，但由于变形及热处理过程的工艺条件控制相当复杂，并且其延伸率≤5％无法满足广泛的市场要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高强度高延伸率铝合金，具有高强度的同时也具有高塑性，延伸率≥10％。

本发明另一目的在于提供一种高强度高延伸率铝合金的生产方法。

本发明具体技术方案如下：

一种高强度高延伸率铝合金，包括以下质量百分比元素：si:7-9％、fe:0.06-0.2％、cu:0.05-0.09％、mn:0.002-0.09％、mg:0.1-1.0％、zn:0.05-0.5％、pb:0.01-0.1％、ti:0.05-0.6％、sr:0.005-0.5％，其余为al。

本发明各元素设计原理：纯铝通过加入合金元素形成铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高，形成无限固溶体或高浓度的固溶体形合金时，不仅能够获得高强度，而且同时获得优良的塑性和锻压加工性能，在本工艺中si:7-9％、cu:0.05-0.09％、mn:0.002-0.09％、mg:0.1-1.0％、zn:0.05-0.5％在铝中有较大的溶解度，起到较大的固溶强化作用。铝没有同素异构转变，铝合金的热处理强化主要是通过合金元素在铝中有较大溶解度，并且随温度的降低而急剧减少的特性来进行，这样可以形成过饱和和固溶体，在随后时效时产生时效强化。铜、镁、锌、硅、锰在铝中有较大的溶解度，而室温又有很小溶解度，所以铝合金加入这些元素。

另外，金属材料晶粒越细，组织越细，机械性能就越高，所以本发明加入能够细化铝合金组织的元素，也能够提高铝合金的机械性能，细化组织包括细化铝合金基体，也包括细化过剩相组织。在铝硅铸锻合金中加入mn:0.002-0.09％、pb:0.01-0.1％、ti:0.05-0.6％、sr:0.005-0.5％等元素再经过锻压成形能够更加细化晶粒，在提高强度的同时，也提高塑性。

本发明提供的一种高强度高延伸率铝合金的生产方法为，包括：铝合金浇铸成型后进行热锻、均匀化退火处理和固溶时效处理。

进一步的，铝合金浇铸成型后，对成型毛坯进行一次热锻，热锻温度在400-450℃之间，热锻比在1.2-1.25之间。热锻比是指热锻前后毛坯体积比。

均匀化退火处理具体为：进行2次均匀化退火处理，先在温度440-485℃条件下保温7-35h，冷却至室温后，再加热到440-485℃，保温6-24h，再冷却至室温后。

优选的，2次均匀化退火处理温度相同。

优选的，均匀化退火处理过中，保温结束后，先随炉冷却至400-430℃，再于空气中冷却至室温。

所述固溶时效处理具体为：固溶处理温度为480℃-520℃，处理时间为0.5h-2h；固溶后进行水淬，然后进行人工时效处理，人工时效处理的温度范围为170℃-200℃，时间为8h-12h。

优选的，所述高强度高延伸率铝合金的生产方法为：

1)铝合金浇铸成型后，对成型毛坯进行一次热锻处理，热锻温度在400-450℃之间，热锻比在1.2-1.25之间；

2)将步骤1)处理后的合金进行均匀化退火处理，先在温度440-485℃条件下保温7-35h，冷却至室温后，再加热到440-485℃，保温6-24h，再冷却至室温后。

3)最后进行固溶时效处理，固溶处理温度为480℃-520℃，处理时间为0.5h-2h；固溶后进行水淬，然后进行人工时效处理，人工时效处理的温度范围为170℃-200℃，时间为8-12h。

与现有技术相比，本发明生产的铝合金，通过合理的成分配比，经过热锻、均匀化退火处理、以及固溶时效形变热处理，生产的铝合金，屈服强度≥265mpa,抗拉强度≥329mpa，延伸率≥10％,硬度hb≥95，具有高强度高延伸率。本发明采用铸锻结合，异腔成型，通过热锻改变材料内部分子结构，使铝硅合金内部分子结构更加融合紧密，提高产品机械性能。

附图说明

图1为棒材a处理后的组织；

图2为棒材b处理后的组织；

图3为棒材c处理后的组织；

图4为棒材d处理后的组织。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例1

一种高强度高延伸率铝合金，包括以下质量百分比元素：si:8.7％,fe：0.1％，cu：0.06％，mn:0.06％,mg:0.5％,zn:0.2％,pb:0.045％,ti:0.2％，sr:0.05％,其余为al。

上述配方的铝合金通过直接水冷半连续铸造(dc铸造)，制得棒材直径均为φ24mm的棒材a和棒材b。

棒材a通过以下方法生产：

铝合金铸造结束后进行均匀化退火处理，将铝合金棒材加热10h至450℃，开始保温；温度为450℃，保温时间为12h，随后于空气中冷却至室温；再将合金重新加热至450℃，保温4h，冷却到室温。再进行固溶处理，温度为500℃，保温30min；在水中淬火，进行人工时效处理，人工时效温度为185℃，保温12h，然后放置空气中自然冷却至室温。

经过上述处理后，其组织如图1所示，可以观察到组织微观组织中呈典型的结晶组织，许多结晶网格比较粗大的大尺寸等轴晶粒。

棒材b通过以下方法生产：

将铝合金棒材b加热10h至450℃，在450℃条件下开始热锻，热锻比为1.2，热锻后，在450℃条件下保温时间为12h，随后于空气中冷却至室温；再将铝合金重新加热至450℃，保温6h，再冷却到室温。再进行固溶处理，温度为500℃，保温30min；在水中淬火，再进行人工时效处理，人工时效温度为185℃，保温12h，然后放置空气中自然冷却至室温。

经过上述处理后，其组织如图2所示，可以观察到残余相数量及尺寸进一步降低。

棒材a和棒材b铝合金性能如下表1：

表1棒材a和棒材b铝合金性能

实施例2

一种高强度高延伸率铝合金，包括以下质量百分比元素：si:8.5％,fe：0.09％，cu：0.08％，mn:0.06％,mg:0.65％,zn:0.22％,pb:0.044％,ti:0.3％，sr:0.045％,其余为al。

上述配方的铝合金通过直接水冷半连续铸造(dc铸造)，制得棒材直径均为φ24mm的棒材c和棒材d。二根铝合金铸锭分别采取的形变热处理方式如下：

棒材c通过以下方法生产：

铝合金铸造结束后，加热至450℃，保温4h，随后于空气中冷却至室温，重新将铝合金加热至430℃，保温1h，随后于空气中冷却至室温；然后进行固溶处理，固溶处理温度为500℃，保温30min；在水中淬火，进行人工时效，人工时效温度为185，保温12h，放置空气中冷却至室温。

经过上述处理后，棒材c组织如图3所示。

将铝合金棒材d加热至430℃，热锻，热锻比为1.2热锻后温度为390℃，其；再加热至450℃，保温14h，随后于空气中冷却至室温，重新将铝合金加热至450℃，保温7h，然后进行固溶处理，固溶处理温度为500℃，保温30min；在水中淬火，再进行人工时效，人工时效处理温度为185℃，保温12h，然后放置空气中冷却至室温。

经过上述处理后，棒材d组织如图4所示。

棒材c和棒材d铝合金性能如下表2：

表2棒材c和棒材d铝合金性能

本发明生产的铝合金，屈服强度≥265mpa,抗拉强度≥329mpa，延伸率≥10％,硬度hb≥95，具有高强度高延伸率。