CN115216673A - 一种高强耐蚀5系合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种高强耐蚀5系合金及其制备方法，涉及合金设计领域。高强耐蚀5系合金的制备方法包括以下步骤：合金成分按质量百分数计包括：Mg：5.0％‑8.0％，Mn：0.4％‑0.6％，Fe：≤0.25％，Cr：≤0.2％，Ti：≤0.15％，Zr：0.1％‑0.2％，Cu：≤0.1％，Si：≤0.1％，Zn：0.8‑1.2％，余量为Al，将原料熔炼浇铸得到铸锭；将铸锭进行三级均质化处理，依次于400‑418℃保温4‑6h，于435‑440℃保温2‑5h，于493‑505℃保温3‑6h；再进行轧制。高强耐蚀5系合金能够同时兼顾较高的力学性能和耐腐蚀性。
Description
技术领域
本申请涉及合金设计领域，具体而言，涉及一种高强耐蚀5系合金及其制备方法。
背景技术
5系合金因其高强耐蚀特性而广泛应用于汽车、铁路及船舶等领域，其中使用最为广泛是以5083合金为代表，但随着科学技术进步，各行各业对高综合性能材料的需求越来越紧迫，因此目前的5系合金的性能已无法满足高使用需求，急需一种具有高强度、高耐腐蚀性的新型5系合金。
人们发现提高5系合金中的Mg含量可以有效提高材料的力学性能，但同时会严重降低材料的耐腐蚀性，这对具有高耐腐蚀需求的船舶行业来说是不可取的。另外还有些方式可以提高材料的耐腐蚀性，但是难免会削弱材料的力学性能。
因此需要开发制备一种新型5系合金，保证其在满足高强度的同时，可以有效提高材料耐腐蚀性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种高强耐蚀5系合金及其制备方法，同时兼顾较高的力学性能和耐腐蚀性。
第一方面，本申请实施例提供了一种高强耐蚀5系合金的制备方法，其包括以下步骤：
按高强耐蚀5系合金的合金成分配制铝合金原料，合金成分按质量百分数计包括：Mg：5.0％-8.0％，Mn：0.4％-0.6％，Fe：≤0.25％，Cr：≤0.2％，Ti：≤0.15％，Zr：0.1％-0.2％，Cu：≤0.1％，Si：≤0.1％，Zn：0.8-1.2％，余量为Al，将铝合金原料熔炼浇铸得到铝合金铸锭；
将铝合金铸锭进行三级均质化处理，第一级均质化是于400-418℃保温4-6h，第二级均质化是于435-440℃保温2-5h，第三级均质化是于493-505℃保温3-6h；
将均质化处理后的铝合金铸锭进行轧制。
在上述技术方案中，各合金元素含量控制在一定范围内，Mg能够提高材料强度(固溶强化)，但大量Al3Mg2相沿晶界析出使板材耐晶间腐蚀性、耐剥落腐蚀性下降，因此控制Mg含量为5.0％-8.0％。
Zn能够提高材料强度(固溶强化)，在前述基础上加入一定量Zn，主要是提高材料耐腐蚀性，其原理为：Zn的加入会与形成更易在晶界析出的Mg32(Al Zn)49相，从而降低Al3Mg2相在晶界的析出数量；此外Mg32(Al Zn)49相的电极电位更接近基体(相较Al3Mg2相)，因此Mg32(Al Zn)49相在腐蚀环境中不易被腐蚀，进而大幅度提高材料耐腐蚀性。
Mn在Al中形成弥散的Al6Mn相，提高可再结晶温度，此外，在前述基础上加入一定量的Mn，Mn还可作为Al3Mg2相形核质点，使Al3Mg2相在晶内大量析出，有利于提高材料耐腐蚀性；但Mn含量不易过高，Mn量过高会形成形成尺寸较大的脆性相(Al-Fe-Mn相、Al-Ti-V-Cr-Mn相)，不利于轧制，轧制易开裂。
在前述技术上加入一定量的Ti和Zr，Ti能够细化铸态组织，Zr也能够细化铸态组织(效果较Ti小)，主要用以提高再结晶温度，阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。
将上述特定合金成分的铝合金原料熔炼浇铸成铸锭，按照特定的三级均质化处理有助于提高材料性能，第一级均质化是于400-418℃保温4-6h，主要合金中含有Zr元素，Zr具有提高再结晶温度的作用，其析出温度约400-420℃，在此温度下可获得大量弥散析出的Al3Zr颗粒，可以提高再结晶温度，有利于后续轧制且提高材料性能。
第二级均质化是于435-440℃保温2-5h，在此合金成分下，铸锭中存在Al3Mg2、Mg32(Al Zn)49低熔点相，为保证后续轧制不开裂，需通过热处理将其消除，但二者熔点不一，因此在保证二者不过烧的情况下设定均质化二级温度为435-440℃，保温时间2-5h。
第三级均质化是于493-505℃保温3-6h，为保证获得成分均匀铝合金轧板，因此需要铸锭具有高度均匀性。由于Mg的扩散速度较慢，在435-440℃低温下无法获得高度均匀铸锭，因此在493-505℃下保温一段时间，使Mg元素高度扩散，进而获得高度均匀的铝合金铸锭，但时间不宜过长，否则成本增加。
在一种可能的实现方式中，合金成分按质量百分数计还包括：Sc：0.08％-0.12％。
在上述技术方案中，在前述合金成分的基础上加入Sc，在合金凝固过程中所形成的细小Al3Sc质点可作为异质形核点，有效细化铸态组织；其次，固溶体中析出弥散Al3Sc相可有效提高再结晶温度；同时，Sc能显著提高铝合金的可焊性和接头强度，且具有良好的抗腐蚀性。
在一种可能的实现方式中，合金成分中，Mg的质量百分数为5.0％-6.0％或6.0％-8.0％。
在一种可能的实现方式中，熔炼温度为745-756℃。
在一种可能的实现方式中，浇铸温度为705-715℃。
在一种可能的实现方式中，三级均质化处理的升温速度为38-41℃/h。
在上述技术方案中，升温过程中合金元素在进行扩散，一定速率的慢速升温有利于合金元素扩散均匀、充分扩散。
在一种可能的实现方式中，轧制的方法为：初轧温度为420℃-450℃，保温0.5-2h，进行变形量90％以上的热变形，终轧温度大于250℃。
在一种可能的实现方式中，初轧变形量小于20％；可选地，初轧变形量小于15％。
在上述技术方案中，控制初轧变形量能够避免开裂。
第二方面，本申请实施例提供了一种高强耐蚀5系合金，其采用第一方面提供的高强耐蚀5系合金的制备方法制得，高强耐蚀5系合金的抗拉强度为425-505MPa，屈服强度为320-425MPa，延伸率为10-20％，晶间腐蚀敏感度为1-10。
在上述技术方案中，高强耐蚀5系合金同时兼顾较高的力学性能和耐腐蚀性。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的高强耐蚀5系合金及其制备方法进行具体说明。
本申请实施例提供一种高强耐蚀5系合金的制备方法，其包括以下步骤：
(1)配制原料：按高强耐蚀5系合金的合金成分配制铝合金原料，合金成分按质量百分数计主要包括：Mg：5.0％-8.0％，Mn：0.4％-0.6％，Fe：≤0.25％，Cr：≤0.2％，Ti：≤0.15％，Zr：0.1％-0.2％，Cu：≤0.1％，Si：≤0.1％，Zn：0.8-1.2％，还可以包括：Sc：0.08％-0.12％，余量为Al。
作为一种实施方式，当合金成分不含Sc，合金成分中的Mg的质量百分数通常控制为6.0％-8.0％即可；当合金成分含有Sc，合金成分中的Mg的质量百分数通常控制为5.0％-6.0％。
(2)熔炼浇铸：将铝合金原料熔炼浇铸得到铝合金铸锭。
作为一种实施方法，具体是将铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为745-756℃，扒渣之后加入Al-5Ti-1B细化剂并搅拌均匀，铺上覆盖剂防止Mg烧损，静置10-20分钟之后进行除气处理10-15min，再进行捞渣浇铸，浇铸温度为705-715℃，获得铝合金铸锭。
(3)均质化处理：将铝合金铸锭进行三级均质化处理，三级均质化处理的升温速度为38-41℃/h，第一级均质化是于400-418℃保温4-6h，第二级均质化是于435-440℃保温2-5h，第三级均质化是于493-505℃保温3-6h。
(4)轧制：将均质化处理后的铝合金铸锭进行铣面，进行轧制。
作为一种实施方法，轧制的方法为：初轧温度为420℃-450℃，保温0.5-2h，进行变形量90％以上的热变形，终轧温度大于250℃。当合金成分Mg的含量较高(6.0％-8.0％)时，初轧变形量小于15％即可；当合金成分Mg的含量较低(5.0％-6.0％)时，可适当提高变形量，初轧变形量小于20％。
本申请实施例还提供一种高强耐蚀5系合金，其采用上述的高强耐蚀5系合金的制备方法制得，该高强耐蚀5系合金的抗拉强度为425-505MPa，屈服强度为320-425MPa，延伸率为10-20％，晶间腐蚀敏感度为1-10。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种高强耐蚀5系合金，其具体制备过程如下：
(1)配制原料：
按如表1所示的合金成分设计值配制原料。
表1合金成分设计值
(2)熔炼浇铸：
将铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为750℃，扒渣之后加入Al-5Ti-1B细化剂并搅拌均匀，铺上覆盖剂防止Mg烧损，静置10-20分钟之后除气10-15min，再进行捞渣浇铸，浇铸温度为710℃，获得铝合金铸锭，铝合金铸锭的合金成分如表2所示。
表2铝合金铸锭的合金成分值
(3)均质化：
对上述铝合金铸锭进行三级均质化处理，400℃×5h+435℃×2h+500℃×3h，获得组织均匀的铸锭。
(4)轧制：
将均质化之后的铸锭进行铣面，将其放置到马弗炉内于420℃保温1h进行轧制，控制变形量大于90％，终轧温度大于250℃，初轧变形量分别控制为6.7％、10％，对应得到两种样品：样品1、样品2。
对样品1、样品2进行性能测试，以进行力学性能和耐腐蚀性的评定，力学性能通过抗拉强度，屈服强度，延伸率进行评定，耐腐蚀性通过晶间腐蚀敏感性进行评定，力学性能：GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验标准；晶间腐蚀敏感性：ASTM G67-18。测试结果如表3所示。
表3具体测试结果
实施例2
本实施例提供一种高强耐蚀5系合金，其具体制备过程如下：
(1)配制原料：
按如表4所示的合金成分设计值配制原料。
表4合金成分设计值
(2)熔炼浇铸：
按配比将铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为750℃，扒渣之后加入Al-5Ti-1B细化剂并搅拌均匀，铺上覆盖剂防止Mg烧损，静置10-20分钟之后除气10-15min，再进行捞渣浇铸，浇铸温度为710℃，获得铝合金铸锭，铝合金铸锭的合金成分如表5所示。
表5铝合金铸锭的合金成分值
(3)均质化：
对上述铝合金铸锭进行三级均质化处理，400℃×5h+435℃×2h+500℃×3h，获得组织均匀的铸锭。
(4)轧制：
将均质化之后的铸锭进行铣面，将其放置到马弗炉内于420℃保温1h进行轧制，控制变形量大于90％，终轧温度大于250℃，初轧变形量分别为6.7％、10％、13.3％，对应得到三种样品：样品3、样品4、样品5。
采用与实施例1相同的方法对样品3、样品4、样品5进行性能测试，测试结果如表6所示。
表6具体测试结果
实施例3
本实施例提供一种高强耐蚀5系合金，其具体制备过程如下：
(1)配制原料
按如表7所示的合金成分设计值配制原料。
表7合金成分设计值
(2)熔炼浇铸：
按配比将铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为750℃，扒渣之后加入Al-5Ti-1B细化剂并搅拌均匀，铺上覆盖剂防止Mg烧损，静置10-20分钟之后除气10-15min，再进行捞渣浇铸，浇铸温度为710℃，获得铝合金铸锭，铝合金铸锭的合金成分如表8所示。
表8铝合金铸锭的合金成分值
(3)均质化：
对上述铸锭进行三级均质化处理，均质化温度：400℃×5h+435℃×2h+500℃×3h，获得组织均匀的铸锭。
(4)轧制：
将均质化之后的铸锭进行铣面，将其放置到马弗炉内于420℃保温1h进行轧制，控制变形量大于90％，终轧温度大于250℃，初轧变形量分别为6.7％、10％，13.3％，对应得到样品：样品6、样品7、样品8。
采用与实施例1相同的方法对样品6、样品7、样品8进行性能测试，测试结果如表9所示。
表9具体测试结果
对比例1
本对比例提供一种高强耐蚀5系合金，其与实施例2的不同之处在于：对铝合金铸锭进行均质化处理：435℃×10h，对应得到样品，样品9、样品10、样品11。
采用与实施例1相同的方法对样品9、样品10、样品11进行性能测试，测试结果如表10所示。
表10具体测试结果
对比例2
本对比例提供一种高强耐蚀5系合金，其与实施例3的不同之处在于：对铝合金铸锭进行均质化处理：435℃×10h，对应得到样品，样品12、样品13、样品14。
采用与实施例1相同的方法对样品12、样品13、样品14进行性能测试，测试结果如表11所示。
表11具体测试结果
通过对比实施例2和对比例1、实施例3和对比例2的测试结果可以发现：按照本申请的三级均质化处理是获得较佳的力学性能和耐腐蚀性的5系合金材料所必不可少的处理工序。
综上所述，本申请实施例的高强耐蚀5系合金及其制备方法能够同时兼顾较高的力学性能和耐腐蚀性。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
按高强耐蚀5系合金的合金成分配制铝合金原料，所述合金成分按质量百分数计包括：Mg：5.0％-8.0％，Mn：0.4％-0.6％，Fe：≤0.25％，Cr：≤0.2％，Ti：≤0.15％，Zr：0.1％-0.2％，Cu：≤0.1％，Si：≤0.1％，Zn：0.8-1.2％，余量为Al，将铝合金原料熔炼浇铸得到铝合金铸锭；
将所述铝合金铸锭进行三级均质化处理，第一级均质化是于400-418℃保温4-6h，第二级均质化是于435-440℃保温2-5h，第三级均质化是于493-505℃保温3-6h；
将均质化处理后的所述铝合金铸锭进行轧制。
2.根据权利要求1所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，所述合金成分按质量百分数计还包括：Sc：0.08％-0.12％。
3.根据权利要求1所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，所述合金成分中，Mg的质量百分数为5.0％-6.0％或6.0％-8.0％。
4.根据权利要求1所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，熔炼温度为745-756℃。
5.根据权利要求1所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，浇铸温度为705-715℃。
6.根据权利要求1所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，三级均质化处理的升温速度为38-41℃/h。
7.根据权利要求1所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，轧制的方法为：初轧温度为420℃-450℃，保温0.5-2h，进行变形量90％以上的热变形，终轧温度大于250℃。
8.根据权利要求7所述的高强耐蚀5系合金的制备方法，其特征在于，初轧变形量小于20％；可选地，初轧变形量小于15％。
9.一种高强耐蚀5系合金，其特征在于，其采用如权利要求1至8中任一项所述的高强耐蚀5系合金的制备方法制得，所述高强耐蚀5系合金的抗拉强度为425-505MPa，屈服强度为320-425MPa，延伸率为10-20％，晶间腐蚀敏感度为1-10。
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115216673A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119640106A (zh) * | 2024-12-30 | 2025-03-18 | 上海交通大学 | Al-Mg-Zn-Mn系合金及其制备方法及合金件 |
Citations (5)
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| JPH07173585A (ja) * | 1994-09-30 | 1995-07-11 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 表面処理特性にすぐれた成形用アルミニウム合金板材の製造方法 |
| CN104152759A (zh) * | 2014-08-05 | 2014-11-19 | 北京科技大学 | 一种高强度耐腐蚀Al-Mg合金及其制备工艺 |
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| RU2734675C1 (ru) * | 2020-05-21 | 2020-10-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (СамНЦ РАН) | Способ изготовления катаных изделий из термически неупрочняемых сплавов системы алюминий-магний и изделие, полученное указанным способом |
-
2022
- 2022-07-27 CN CN202210890742.0A patent/CN115216673A/zh active Pending
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