一种快速时效响应的铝合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于金属材料制备技术领域，公开了一种快速时效响应的铝合金及其制备方法和应用，按重量百分比计，包括如下组分：Mg 0.7‑1.1％、Si 0.8‑1.2％、Cu 0.1‑0.2％、Mn 0.2‑0.4％和Fe≤0.5％。本发明专利技术通过提高Mg与Si值并添加了少量的Cu元素，由此获得了自然时效/预时效后高成型性，从而大大提高了铝合金烤漆快速时效的响应能力。本发明专利技术还通过对经淬火后的试样进行预拉伸处理从而引入均匀位错，加快了合金元素的扩散，降低了合金的预时效温度和预时效时长，使得预时效可以实现工业化。本发明专利技术所得铝合金非常适合应用于汽车车身外板用铝合金领域的加工和生产，以及对铝合金成形性能和时效响应速度有较高要求的其它技术行业或领域。

【技术实现步骤摘要】
一种快速时效响应的铝合金及其制备方法和应用
本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及一种快速时效响应的铝合金及其制备方法和应用。
技术介绍
随着世界各国节能、减排的意识不断增强，汽车轻量化是节能减排的重要举措。而6xxx系铝合金(即Al-Mg-Si系合金)，由于其具有中高强度、高成型性，得以成为新一代汽车轻量化的首选材料。尤其，合金普遍具有较高的烤漆硬化特性，即刷漆后的成形部件再经烤漆处理，其强度可以获得进一步较大幅度的提升，进而使得合金板材具有较好的抗凹陷能力，适合应用于汽车车身外板的加工，广泛应用于车身铝合金主要有：AA6016，AA6111以及AA6022等。然而，为了提高Al-Mg-Si系铝合金的强度，通常提高Mg、Si元素含量，但与此同时，合金的塑性与耐蚀性也大大降低，因此加工性能大大降低。所以通常需要控制Mg、Si元素含量，获得合金高成型性性能。在某些合金添加Cu元素以显著增加强度与快速响应能力，如6111合金，但降低了材料的耐蚀性。同时，增加Si元素含量，降低Mg与Si，提高合金快速响应能力，如6016合金。过量Si元素在合金长期服役过程中可能发生偏聚，降低材料韧性，且未充分发挥Si元素强化效果，合金强度偏低。因此，Al-Mg-Si系铝合金强度、耐腐蚀性能和时效响应能力均需要进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提出一种快速时效响应的铝合金及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本专利技术基于合金化原理，设计一种新型的Al-Mg-Si系合金及制备方法，以提高合金强度、耐蚀性能与快速时效响应能力。为了克服上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种铝合金，按重量百分比计，包括如下组分：Mg0.7-1.1％、Si0.8-1.2％、Cu0.1-0.2％、Mn0.2-0.4％和Fe≤0.5％。优选地，所述铝合金，按重量百分比计，包括如下组分：Mg0.8-1.0％、Si0.9-1.1％、Cu0.1-0.2％、Mn0.2-0.4％和Fe≤0.5％。作为上述方案的进一步改进，按重量百分比计，所述铝合金中杂质元素的含量≤0.15％。所述杂质元素包括Ti。作为上述方案的进一步改进，Mg与Si的质量比为(0.8-1):1；Mn与Fe的质量比为(0.5-0.7):1。一种如本专利技术所述的铝合金的制备方法，包括以下步骤：1)原料准备：称取所述的铝合金的配方含量的原料，备用；2)制备合金铸锭：将所述原料经熔炼、精炼和浇注，得到合金铸锭；3)双级均匀化热处理：将步骤2)所得的合金铸锭进行双级均匀化热处理；4)淬火处理：将经步骤3)所得的试样进行固溶和淬火处理；5)预拉伸处理：将经淬火处理的试样进行预拉伸，得到预拉伸态试样；6)预时效处理：将步骤5)得到的预拉伸态试样进行预时效处理，获得具有高形成性的所述铝合金；其中，步骤3)中，所述双级均匀化热处理的过程为：室温条件下，将所述合金铸锭以20-50℃/h的升温速率进行升温，待温度达到490-500℃时，保温2-6h；再以20-50℃/h继续升温至540-560℃，保温15-30h，最后以20-50℃/h的降温速率降温至100℃以下，即完成。需要说明的是，本专利技术中将原料进行熔炼的过程为：在745-765℃下，先将高纯铝锭熔化，随后加入Al-Mn10、Al-Cu50、Al-Si15中间合金，待中间合金熔化后加入99.99％镁以及覆盖剂，得到完全熔化的金属熔液。所述精炼的过程为：在完全熔化的金属熔液中加入六氯乙烷进行除气处理，并充分搅拌，精炼时金属温度维持在730℃-750℃的范围内，精炼后应进行充分放置，放置时间不低于30分钟；所述浇注的过程为：当金属熔液温度降至700℃-720℃，然后将熔体温度降至约720℃时加入Al-5wt％Ti-1wt％B晶粒细化剂并进行适当搅拌，充分放置后将金属熔液浇入温度为400℃-440℃金属模具内，即可获得合金铸锭；固溶处理：将冷轧板材进行固溶处理，具体过程为：在540-550℃热处理炉中进行15-45min的固溶处理，试样升温速率大于120℃/min；淬火处理：将经固溶处理后的合金试样从固溶处理温度淬入室温下的水中。作为上述方案的进一步改进，步骤3)和步骤4)之间还包括的处理过程为热轧处理和冷轧处理。所述热轧处理的过程：将合金铸锭进行热轧：开轧温度在530-545℃，道次压下量为4％-36％，热轧总变形量＞92％，终轧温度低于320℃得到热轧板材；所述冷轧处理的过程实际为冷轧变形+中间退火+冷轧变形，即：将热轧板材取出，冷轧变形道次压下量为10-35％，总变形量为30-60％；中间退火均以80℃/min-120℃/min的升温速率升温到350-450℃进行1-4h的退火处理，然后直接取出进行空冷；继续冷轧变形总变形量处于50％-75％之间，道次压下量处于15％-30％之间，得到冷轧板材。作为上述方案的进一步改进，步骤4)中，所述预拉伸的伸长率为2-5％。使得合金试样获得一定密度的均匀分布位错。作为上述方案的进一步改进，步骤5)中，所述预时效处理的温度为80℃-120℃，所述预时效处理的时长为0.5-6h；优选地，所述预时效处理的温度为80℃-100℃，所述预时效处理的时长为1-2h；预时效温度过低，则预时效所需时长至少长达数十个小时；而预时效温度过高时，预时效的时长缩短至十分钟左右，这样均难以实现工业化生产。作为上述方案的进一步改进，步骤7)中，所述烤漆时效处理的温度为170℃-190℃，所述烤漆时效处理的时长为0.5h。可提高铝合金板材的强度，同时获得高耐蚀性。本专利技术所述的铝合金在汽车车身外板中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种快速时效响应的铝合金及其制备方法和应用，较现有技术而言，本专利技术具有如下优越性：(1)与传统汽车车身用6016、6022等合金相比，本专利技术的快速时效响应的铝合金通过降低Si元素含量、提高Mg元素含量，从而提高了Mg与Si值，同时本专利技术的铝合金中还添加了少量的Cu元素，由此获得了自然时效/预时效后高成型性，从而显著提高了铝合金烤漆快速时效的响应能力。(2)通过对经淬火后的试样进行预拉伸处理从而引入均匀位错，加快了合金元素的扩散，降低了合金的预时效温度和预时效时长，使得预时效可以实现工业化。(3)通过本专利技术所得的铝合金非常适合应用于汽车车身外板用铝合金领域的加工和生产，以及对铝合金成形性能和时效响应速度有较高要求的其它技术行业或领域。附图说明图1是实施例1、对比例1分别所得铝合金的时效强度曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行具体描述，以便于所属
的人员对本专利技术的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本专利技术做进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：Mg 0.7-1.1％、Si 0.8-1.2％、Cu 0.1-0.2％、Mn 0.2-0.4％和Fe≤0.5％。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：Mg0.7-1.1％、Si0.8-1.2％、Cu0.1-0.2％、Mn0.2-0.4％和Fe≤0.5％。


2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：Mg0.8-1.0％、Si0.9-1.1％、Cu0.1-0.2％、Mn0.2-0.4％和Fe≤0.5％。


3.根据权利要求1或2所述的铝合金，其特征在于，按重量百分比计，所述铝合金中杂质元素的含量≤0.15％。


4.根据权利要求1或2所述的铝合金，其特征在于，Mg与Si的质量比为(0.8-1):1；Mn与Fe的质量比为(0.5-0.7):1。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料准备：称取所述的铝合金的配方含量的原料，备用；
2)制备合金铸锭：将所述原料经熔炼、精炼和浇注，得到合金铸锭；
3)双级均匀化热处理：将步骤2)所得的合金铸锭进行双级均匀化热处理，取出试样；
4)淬火处理：将经步骤3)所得的试样进行固溶和淬火处理；
5)预拉伸处理：将经淬火处理的试样进行预拉伸，得到预拉伸态试样；
6)预时效处理：将步骤5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宝华，陈东初，宋宇，施斌卿，凡头文，叶秀芳，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44