一种Al-Mg-Si合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Al‑Mg‑Si合金及其制备方法。合金按成分质量百分比为：镁0.15‑1.0wt.％，硅0.9‑1.5wt.％，铁0.1‑0.5wt.％，锰0‑0.2wt.％，钙0‑0.2wt.％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为铝。合金制备方法包括以下步骤：合金熔炼、亚快速凝固、均质化处理、旋转冷轧和精细退火处理，其中旋转冷轧过程为4～12道次冷轧，每道次旋转30～90°，总压下量为75～90％；精细退火处理采用逐步升温、保温后出炉后水淬工艺。通过旋转冷轧与精细退火处理工艺解决了亚快速凝固工艺制备的铝合金轧制后的固溶处理窗口窄、高温热稳定性差、极易发生局部晶粒异常长大的问题；通过在合金中添加微量锰、钙元素，有利于进一步提高抑制晶粒异常长大的效果；在Al‑Mg‑Si铝合金轧制后进行高温固溶处理0‑2h后，合金晶粒尺寸仍保持均匀分布。

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Mg-Si合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，尤其涉及高性能Al-Mg-Si合金及其制备方法。
技术介绍
传统Al-Mg-Si系铝合金连续生产采用常规凝固工艺(凝固速度<102K/s)，需要进行长时间的均质化处理和热轧工艺，生产成本与热处理能耗比较大，因此需要进一步降低铝合金生产成本。亚快速凝固具有更高的冷却速率(102～103K/s)，能够显著促进组织细化和改善成分偏析，进而可以缩短均质化时间和省略热轧流程。由于亚快速工艺具有显著缩短工艺流程、提高生产效率、降低成本和能耗的特点，已成为汽车车身用Al-Mg-Si合金板材的发展方向之一。但是由于凝固冷却速率高，通过亚快速凝固制备的Al-Mg-Si系铝合金铸态组织中有高比例的细长状{001}取向柱状晶，由于织构遗传使得轧制后的固溶态组织有较强的旋转立方织构晶粒({001}<310>)簇。{001}<310>晶粒簇具有高迁移率，所以在轧制后的固溶处理中具有生长优势，在第二相粒子发生溶解后，极易发生异常长大，晶粒最大尺寸可以达到几毫米，严重降低板材的力学性能、成形性和疲劳性能，使得轧制后的固溶处理窗口窄，进而导致了人工时效时烘烤响应的降低，所以难以在工业生产上应用。因此，开发一种低成本、简单易行的抑制亚快速凝固Al-Mg-Si系铝合金晶粒异常长大的方法对推广亚快速凝固短流程制备Al-Mg-Si系铝合金工艺至关重要。目前,抑制晶粒异常长大的主要方法主要是引入能够钉扎晶界，并且高温下不易粗化或溶解，进而失去钉扎作用的第二相粒子。此外采用合金化方法引入、Ti、Zr、Sc、Cr等元素,尽管可以取得一定效果，但成本会较高，难以大规模应用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种Al-Mg-Si合金及其制备方法，制备方法有效抑制了亚快速凝固Al-Mg-Si系铝合金轧制后固溶处理过程中晶粒的异常长大。本专利技术的技术方案是：一种Al-Mg-Si合金，合金按成分质量百分比为：镁0.15-1.0wt.％，硅0.9-1.5wt.％，铁0.1-0.5wt.％，锰0-0.2wt.％，钙0-0.2wt.％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为铝。所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法，包括以下步骤：(1)在氩气保护下，将纯铝锭、铝-硅中间合金、铁粉和纯镁依次加入熔炼炉中在750℃条件下进行加热熔化，待原料经搅拌熔化后，保温10-35min后获得合金熔体；(2)将步骤(1)获得的合金熔体浇注到具有亚快速凝固功能的水冷铜模中，获得1-10mm厚的合金铸坯；(3)将步骤(2)获得的合金铸坯在500-580℃均质化0.5～3h后，进行4～12道次旋转冷轧获得轧制板，每道次旋转30～90°，总压下量75-90％；(4)将步骤(3)获得的轧制板以20～100℃/h的升温速率加热至100-350℃保温0.5-3h，然后水淬，获得Al-Mg-Si合金轧制板。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(2)所述的铸坯厚度在3-8mm。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(3)所述的合金铸坯在520-560℃均质化1-2h。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(3)所述合金铸坯进行6～10道次旋转冷轧。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(3)所述每道次旋转40～80°。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(3)所述总压下量为80～90％。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(4)所述升温速率为50～100℃/h。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(4)所述加热温度为200～350℃。进一步地，所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法中步骤(4)所述保温时间为0.8～2h。本专利技术技术方案与目前现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用的旋转冷轧能够获得减弱晶粒取向的各向异性，减少了易于发生晶粒异常长大的{001}<310>晶粒簇的数量，达到抑制晶粒异常长大的目的。2、本专利技术在轧制后增加了精细退火工艺，能够在再结晶前在亚晶界上析出大量的弥散相。当变形组织进行再结晶时，预先存在的析出相会改变织构的形成，使得{001}<310>取向晶粒不易择优形成，弱化了{001}<310>织构。由于{001}<310>织构弱化，减弱了组织中晶粒晶界迁移率的各向异性，当板材组织中晶粒的晶界迁移率接近时，在轧制后的固溶处理中第二相粒子溶解后会发生正常晶粒生长，从而达到抑制异常长大的目的。3、当加入Mn、Ca元素后，形成的含Mn、Ca元素的弥散相能够钉扎位错滑移和亚晶旋转，从而降低晶界迁移率，并且高温下不易粗化或溶解失去钉扎作用，抑制晶粒异常长大，进一步提高对晶粒异常长大的抑制效果。4、本方法制备的合金在轧制后，进行高温固溶处理后晶粒尺寸均匀，具有对数正态分布关系。附图说明图1：图1(a)和(b)分别为对比例制备的亚快速凝固Al-Mg-Si系合金的固溶处理后的偏光组织及晶粒尺寸分布图；图2：图2(a)和(b)分别为实施例6制备的亚快速凝固Al-Mg-Si系合金固溶处理后的偏光组织及晶粒尺寸分布图。具体实施方式实施例1Al-Mg-Si-Fe合金，所述合金按质量百分比计由以下组分组成：Mg:0.45％；Si:1.25％；Fe:0.11％；其余为不可避免的杂质元素总和≤0.05％；其余为Al；上述Al-Mg-Si-Fe合金，制备方法如下：(1)在氩气保护下，将99.98％的工业纯铝锭、铝-硅中间合金、铁粉和纯镁依次加入熔炼炉中在750℃条件下进行加热熔化，待原料经搅拌熔化后，保温20min后获得合金熔体；(2)将步骤(1)获得的合金熔体浇注到具有亚快速凝固功能的水冷铜模中，获得5mm厚的合金铸坯；(3)将步骤(2)获得的合金铸坯在510℃均质化1.8h后，进行6道次旋转冷轧获得轧制板，每道次旋转60°，总压下量80％；(4)将步骤(3)获得的轧制板以100℃/h的升温速率加热至300℃保温1h，然后水淬，获得Al-Mg-Si-Fe合金轧制板。实施例2Al-Mg-Si-Fe-Mn合金，所述合金按质量百分比计由以下组分组成：Mg:0.48％；Si:1.15％；Fe:0.14％；Mn:0.05％；其余为不可避免的杂质元素总和≤0.05％；其余为Al；上述Al-Mg-Si-Fe-Mn合金，制备方法如下：(1)在氩气保护下，将99.98％的工业纯铝锭、铝-硅中间合金、铝-锰中间合金、铁粉和纯镁依次加入熔炼炉中在750℃条件下进行加热熔化，待原料经搅拌熔化后，保温22min后获得合金熔体；(2)将步骤(1)获得的合金熔体浇注到具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al-Mg-Si合金，其特征在于：合金按成分质量百分比为：镁0.15-1.0wt.％，硅0.9-1.5wt.％，铁0.1-0.5wt.％，锰0-0.2wt.％，钙0-0.2wt.％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为铝。/n

【技术特征摘要】
1.一种Al-Mg-Si合金，其特征在于：合金按成分质量百分比为：镁0.15-1.0wt.％，硅0.9-1.5wt.％，铁0.1-0.5wt.％，锰0-0.2wt.％，钙0-0.2wt.％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为铝。


2.权利要求1所述一种Al-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在氩气保护下，将纯铝锭、铝-硅中间合金、铁粉和纯镁依次加入熔炼炉中在750℃条件下进行加热熔化，待原料经搅拌熔化后，保温10-35min后获得合金熔体；
(2)将步骤(1)获得的合金熔体浇注到具有亚快速凝固功能的水冷铜模中，获得1-10mm厚的合金铸坯；
(3)将步骤(2)获得的合金铸坯在500-580℃均质化0.5～3h后，进行4～12道次旋转冷轧获得轧制板，每道次旋转30～90°，总压下量75～90％；
(4)将步骤(3)获得的轧制板以20～100℃/h的升温速率加热至100～350℃保温0.5～3h，然后水淬，获得Al-Mg-Si合金轧制板。


3.根据权利要求2所述的一种Al-Mg-Si合金的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧远，施枭，王珵，查敏，贾海龙，蒋俊，刘旭，张少游，张明雪，莫媛婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22