一种高强高韧铝镁硅系合金的制备方法

本发明属于铝合金制备，具体涉及一种高强高韧铝镁硅系合金的制备方法。

背景技术：

1、铝合金作为一种具有低密度、高比强度、成型性好、应力腐蚀敏感性低以及回收利用率高等优点的合金，al-mg-si系铝合金备受关注。加之国家对材料绿色发展的规划，使得al-mg-si系铝合金的应用前景更加广阔。但是现如今铝合金材料的力学性能(强度与韧性)满足不了对铝合金材料广泛使用的需求，这严重制约了铝合金材料的发展。如何获得具有更高性能的al-mg-si系铝合金材料，受到了广大研究者们的关注。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种高强高韧铝镁硅系合金的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，通过对高强高韧铝镁硅系合金成分的优化设计，结合多道次异步轧制、三级固溶、预应变、时效处理，增强高强高韧铝镁硅系合金的力学性能；包括以下步骤：

4、(1)将纯al锭、纯mg锭、al-cu60中间合金、al-si20中间合金、al-mn10中间合金、al-zr10中间合金以及al-ce5中间合金按比例配好原料，进行熔炼浇注得到铝合金铸锭；

5、(2)将铝合金铸锭进行均质化处理，获得均质态铸锭；

6、(3)将均质态铸锭，进行多道次异步轧制，然后依次进行三级固溶、预应变、时效处理，获得高强高韧铝镁硅系合金；

7、所述高强高韧铝镁硅系合金包括如下质量百分含量的成分：si：0.6％～1.1％、mg：0.5％～1.0％、mn：0.2％～0.5％、cu：0.5％～1.3％、zr：0.15％～0.5％、ce：0.15％～0.5％、不可避免的杂质含量总和小于0.2％；余量为al。

8、作为本发明的优选实施方案，所述多道次异步轧制的温度为150℃～200℃，轧制的速度为0.5～1.2m/s，总变形量为75％～95％，初轧压下量35％～50％，轧制的上下轧辊辊速不同，异速比为1：1.25～1：1.5。

9、作为本发明的优选实施方案，所述三级固溶具体为：第一级固溶温度为500～525℃，时间为0.5～2h；第二级固溶温度为540～565℃，时间为0.5～2h；第三级固溶温度为500～525℃，时间为0.5～2h。

10、作为本发明的优选实施方案，所述预应变为拉拔、轧制或挤压，应变率为1％～5％。

11、作为本发明的优选实施方案，所述时效处理的温度为140～185℃，时间为6～24h。

12、作为本发明的优选实施方案，所述均质化处理的温度为450℃～550℃，保温时间为3h～5h。

13、作为本发明的优选实施方案，所述熔炼的温度为800℃～850℃，浇注的温度为650℃～750℃。

14、本发明的原理为：

15、本发明通过对高强高韧铝镁硅系合金成分的优化设计，结合多道次异步轧制、三级固溶、预应变、时效处理，能够大幅度提升铝合金的强度和韧性。铝合金在进行多道次异步轧制时，由于轧制所带来的大变形以及异步轧制相比于普通轧制所特有的剪切力，使得铝合金中晶粒破碎，产生大量位错，同时进一步细化了铝合金的微观组织，改善了组织均匀性。在经过三级固溶使得添加的cu、zr、ce元素产生的难溶析出相(al2cu、al3zr、al3ce等)固溶到铝基体里，固溶强化效果更加明显。之后经过预应变在铝合金中会产生大量的位错，在后续的时效期间为原子扩散提供大量通道，析出大量的强化相，大幅度增强铝合金的性能。通过细晶强化、固溶强化、形变强化以及析出强化的共同作用来大幅度增强铝合金的强韧性。

16、另外，本发明通过与多道次异步轧制+三级固溶+预应变+时效处协同作用，使得合金中形成含cu相(qp1、qp2、q)提升铝合金的峰值强度和韧性，初生的al3zr等粒子，在凝固过程中能够充当异质形核的核心，显著细化晶粒；ce元素在共晶si相表面吸附形成大量孪晶，另外ce与合金中的si、cu、mn等元素形成合金相，在凝固过程中阻碍α-al相的生长，从而起到细化晶粒的作用，大幅度增强铝合金的强韧性。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过将al-mg-si系铝合金的成分与多道次异步轧制+三级固溶+预应变+时效处理协同作用，通过对生成的合金相进行固溶强化、细晶强化、形变强化和析出强化的相互协同作用，获得了晶粒细小、组织均匀的al-mg-si系铝合金，使得al-mg-si系铝合金的强度与韧性大幅度提升。

技术特征：

1.一种高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，通过对高强高韧铝镁硅系合金成分的优化设计，结合多道次异步轧制、三级固溶、预应变、时效处理，增强高强高韧铝镁硅系合金的力学性能；包括以下步骤：

2.如权利要求1所述高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，所述多道次异步轧制的温度为150℃～200℃，轧制的速度为0.5～1.2m/s，总变形量为75％～95％，初轧压下量35％～50％，异速比为1：1.25～1：1.5。

3.如权利要求1所述高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，所述三级固溶具体为：第一级固溶温度为500～525℃，时间为0.5～2h；第二级固溶温度为540～565℃，时间为0.5～2h；第三级固溶温度为500～525℃，时间为0.5～2h。

4.如权利要求1所述高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，所述预应变为拉拔、轧制或挤压，应变率为1％～5％。

5.如权利要求1所述高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，所述时效处理的温度为140～185℃，时间为6～24h。

6.如权利要求1所述高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，所述均质化处理的温度为450℃～550℃，保温时间为3h～5h。

7.如权利要求1所述高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为800℃～850℃，浇注的温度为650℃～750℃。

技术总结
本发明公开一种高强高韧铝镁硅系合金的制备方法，属于铝合金制备技术领域。本发明所述工艺采用熔炼+均质化处理+多道次异步轧制+三级固溶+预应变+时效处理的方式。所述高强高韧铝镁硅系合金包括如下质量百分含量的成分：Si：0.6%~1.1%、Mg：0.5%~1.0%、Mn：0.2%~0.5%、Cu：0.5%~1.3%、Zr：0.15%~0.5%、Ce：0.15%~0.5%、不可避免的杂质含量总和小于0.2%；余量为Al。本发明对组分和工艺的优化设计，通过对生成的合金相进行固溶强化、细晶强化、形变强化和析出强化的相互协同作用，获得了晶粒细小、组织均匀的Al‑Mg‑Si系铝合金，使得Al‑Mg‑Si系铝合金的强度与韧性大幅度提升。

技术研发人员：韦贺,吕啟涛,李祖来,陈所坤,张文高,彭慕兰
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17