一种超高强度轻量化6000-HS铝合金型材及其制备方法与流程

本技术涉及有色金属复合材料，更具体地说，它涉及一种超高强度轻量化6000-hs铝合金型材及其制备方法。

背景技术：

1、为响应国家关于“节能减排”的政策的施行，汽车制造过程中，愈发的使用铝合金用作汽车相关零部件的生产，以达到减重高强的目的，例如：防撞梁、门槛粱、地板粱、横梁等汽车重要组成部件；

2、其中以汽车的横梁为例，其产品的材料普遍要求兼顾强度与抗折弯这两项难以兼容的性能，因而如何使得现阶段铝合金材能够兼顾高强度及高折弯性能的特点，已成为行业内的一大技术难点。

3、相关技术中在汽车行业已获得普遍应用的为6000系列铝型材(主要涉及6061、6063以及6082合金)，其屈服强度为170-250mpa、抗拉强度为215-290mpa、延伸率为6-7％、折弯角为40-120°；

4、而且随着汽车性能需求的不断提高，常规的6000系铝型材已经不能满足汽车行业发展需求，现阶段超高强铝型材需求为：其屈服强度≥380mpa、抗拉强度≥400mpa、延伸率≥10％、折弯角≥70°，且还需借助细化剂。

5、综上，迫切需要提供一种适用于汽车零部件的加工原料、无需额外细化剂，即可兼具高强度和韧性的铝合金型材及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明为了大幅提高汽车用6000系铝型材的力学性能和材料韧性(折弯角)，通过对6000系铝合金型材的合金元素调整以及工艺优化，特提供了一种超高强度轻量化6000-hs铝合金型材及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种超高强度轻量化6000-hs铝合金型材，由如下重量百分比的组分组成：

3、si:0.5-1.0wt.％；

4、cu:0.2-0.6wt.％；

5、mn:0.4-0.9wt.％；

6、fe:0-0.5wt.％；

7、gr:0-0.20wt.％；

8、zn:0-0.20wt.％；

9、ti：0-0.10wt.％；

10、v：0-0.15wt.％；

11、mg-re-sr合金:0.9-1.5wt.％；

12、余量为al和不可避免的杂质。

13、通过采用上述技术方案，上述合金元素配比制得的铝合金型材，其兼顾力学性能和材料韧性，其屈服强度可达350-400mpa、抗拉强度为400-430mpa、延伸率13-18％、折弯角75-90°，且省去了细化剂的加入；

14、分析其原因可能如下：上述合金元素及配比中的cu元素，可以和si、fe、mn、cr等元素中部分或全部元素形成多元化合物，达到在提高材料强度的同时对材料韧性略有提升的目的；

15、此外还可通过mg-re-sr合金的加入显著细化镁铝合金的晶粒，从而替代细化剂的引入，精炼过程中还可形成细密且元素均匀分布的晶体组织，并抑制晶粒粗大化，从而保障了铝合金的力学性能和材质韧性。

16、优选的，所述mg-re-sr合金中mg元素的含量为70-90％、sr元素的含量为8-25％、余量为re元素。

17、优选的，所述re为yb。

18、通过采用上述技术方案，由上述特定比例mg元素、sr元素和re元素构成的mg-re-sr合金，其能在上述三者的复配作用下，有效改善镁铝合金的晶粒，此外经验证re为yb时尤其适用于高铝含量的镁铝合金体系。

19、优选的，gr的优选用量为0.10-0.20wt.％。

20、优选的，其mn:fe:gr的重量比为(2-4):(1-2):1。

21、优选的，其cu的优选用量为mn、fe、gr总量的0.2-0.4倍。

22、通过采用上述技术方案，上述配比的cu、mn、fe、gr，其通过cu元素与si、fe、mn、cr等元素中部分或全部元素所形成的多元化合物，实现了在提高材料强度的同时对材料韧性略有提升的目的；

23、此外该多元化合物还可一定程度上等效替代gr的作用，即在更低gr含量的条件下做到高强，其中，经验证：cu的优选用量为mn、fe、gr总量的0.3-0.5倍时，可进一步优化其增强结构。

24、第二方面，本技术提供一种超高强度轻量化6000-hs铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：

25、s1、熔炼净化：先对铝材进行熔化除渣，再依照铝液成分进行合金添加及精炼，后经静置、除气、过滤处理，即可完成溶体净化；

26、s2、溶体铸造：再对s1中净化后的熔体进行铸造，得铸造长棒；

27、s3、铸棒均质：采用多级控温处理s2中所得铸造长棒，得铸棒粗坯；

28、s4、热挤压成型：加热并压制s3中铸棒粗坯成型材，然后冷却至室温；

29、s5、双级时效处理：对s4中冷却后的型材进行分段时效热处理，即可制得超高强度轻量化6000-hs铝合金型材。

30、通过采用上述技术方案，本工艺可通过其多级控温均质和多级时效处理复配特定比例的合金元素实现型钢强度与韧性的兼顾，且经熔炼净化后的熔体，其他杂质合计≦0.15wt.％，有利于其后期铸造和减少杂质相对最终成品性能的不利影响。

31、优选的，所述s3的具体步骤如下：

32、在均质炉内采用双级控温均质处理铸造长棒，第一级温度控制在460-500℃，保温时间1-3h；第二级温度控制在560-580℃，保温时间3-7h。

33、通过采用上述技术方案，上述双级控温均质工艺除能通过分级控温的热扩散手段有效减少元素和组织的不均匀性，以此实现铸态的均匀或平衡态外，还减少了冷却速率对铸造质量的影响。

34、优选的，所述s4中的具体步骤如下：

35、先将s3中所得铸棒加热至480-540℃，再以2-8m/min的挤压速度，≥20的挤压比，520℃-570℃的出口温度的压制成型材，然后以≥6℃/s的冷却速率冷却至室温。

36、通过采用上述技术方案，上述热挤压工艺除能在压制过程中有效赋予型材优良的力学性能外，还可与cu:si:mg-re-sr合金等合金元素协同以此有效保障型材的各项性能，且各阶段的参数条件易于控制和达到。

37、优选的，所述s5的具体步骤如下：

38、挤压完成后对挤压板进行双级时效热处理，一级时效温度为120-140℃，保温时间2-6h，二级时效温度为160-180℃，保温时间6-9h。

39、通过采用上述技术方案，上述双级时效处理除能通过改善晶相，以此实现型材力学性能与韧性的兼顾外，还可协同cu:si:mg-re-sr合金等合金元素进一步保障型材力学性能的稳定性，且各阶段的参数条件易于控制和达到。

40、综上所述，本技术具有以下有益效果：

41、1.本技术通过cu、si、fe、mn、cr、mg-re-sr合金等元素的复配，在省去了细化剂的同时，有效兼顾了力学性能和材料韧性，其屈服强度可达350-400mpa、抗拉强度为400-430mpa、延伸率13-18％、折弯角75-90°；

42、2.本技术中mg-re-sr合金的加入可显著细化镁铝合金的晶粒，从而替代细化剂的引入，精炼过程中还可形成细密且元素均匀分布的晶体组织，并抑制晶粒粗大化，从而保障了铝合金的力学性能和材质韧性；

43、3.本技术中的制备工艺可复配特定比例的合金元素实现高效高质量生产，即实现型钢强度与韧性兼顾的目的，且各阶段的参数条件易于控制和达到，有利于最终成品质量把控。