一种高强度Al-Mg-Si-Cu系铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度Al‑Mg‑Si‑Cu系合金及其制备方法，其成分按质量百分比，包括，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.35wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.5～0.75wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分质量百分比之和为100％，控制(Mg+Si)/Cu的质量比为1.6～3.2，将各原料混合配料，经熔炼、铸造、均质处理、热挤压、淬火、时效处理，即得高强度Al‑Mg‑Si‑Cu系合金。本发明专利技术的Al‑Mg‑Si‑Cu系合金，通过添加0.85～1.30wt.％的Mg元素，且严格控制(Mg+Si)/Cu的质量比，可以制得强度达到450MPa以上的合金材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度Al-Mg-Si-Cu系铝合金及其制备方法
本专利技术属于铝合金
，具体涉及一种高强度Al-Mg-Si-Cu系铝合金及其制备方法。
技术介绍
随着新能源汽车的蓬勃发展，汽车轻量化的趋势越来越受到重视。Al-Mg-Si-(Cu)系合金由于具有优异的耐腐蚀、可焊及成形性能，而广泛应用于新能源汽车。然而，其强度普遍为300MPa级。为了实现高效、节能、环保的目的，发展更高强度的Al-Mg-Si-(Cu)系合金具有十分重要的意义。目前，在新能源汽车上应用较为广泛的Al-Mg-Si-(Cu)系合金主要包括低Cu含量6063、6005A、6082及中等Cu含量的6061等合金。然而，这些合金强度普遍在400MPa以下；此外，为进一步提升Al-Mg-Si-(Cu)系合金的强度，在上述合金的基础上，进一步提高Cu含量，发展了高Cu含量的6111、6013等合金。这些合金的Cu含量重量比达1％，尽管其强度可达400MPa级，然而，对于强度要求在450MPa级的合金，上述合金均不能满足要求；此外，由于合金时效强化能力等本质特性的限制，450MPa级Al-Mg-Si-(Cu)系合金的开发，仍然是目前的技术难点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高强Al-Mg-Si-(Cu)系合金及其制备方法，其强度能达450MPa级。为了达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种高强度Al-Mg-Si-Cu系合金，其成分按质量百分比，包括，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.35wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.5～0.75wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分质量百分比之和为100％，控制(Mg+Si)/Cu的质量比为1.6～3.2。本专利技术通过添加0.85～1.30wt.％的Mg元素，用于尽可能多的补充Q相(Al5Cu2Mg8Si6)所需的Mg元素含量，且严格控制(Mg+Si)/Cu的质量比，一方面尽可能提高强化相Q相(Al5Cu2Mg8Si6)的含量，另一方面则避免形成过量的θ相(Al2Cu)，从而显著提升合金材料的强度，获得450MPa级的Al-Mg-Si-Cu系合金。作为优选，所述(Mg+Si)/Cu的质量比为2.2。本专利技术优选(Mg+Si)/Cu的质量比为2.2，可以形成最多体积分数的Q相(Al5Cu2Mg8Si6)，同时避免形成过量θ相(Al2Cu)，进而最大程度的提升合金材料的强度。本专利技术还提供了上述高强度Al-Mg-Si-Cu系合金的制备方法，将各原料混合配料，经熔炼、铸锭、均质处理、热挤压、淬火、时效处理，即得高强度Al-Mg-Si-Cu系合金。作为优选，所述熔炼的温度为720～760℃。作为优选，所述铸锭采用半连续铸锭方式，铸造温度为690～710℃，铸造速度为45-140mm/min。作为优选，所述均质处理过程为：将铸锭加热到530～560℃并保温1～10h，随后以不大于15℃/min的速率冷却到400～450℃，接着以不小于30℃/min的速率冷却到180℃以下冷却。作为优选，所述热挤压的工艺参数为：均质处理后的铸锭加热到500～530℃，挤压筒温度为430～500℃，挤压材挤出速度为4-20m/min。作为优选，所述淬火温度不低于535℃，淬火冷却介质为水。作为优选，所述时效处理的温度为100～200℃，时间为1～48h。本专利技术通过添加0.85～1.30wt.％的Mg元素，且严格控制(Mg+Si)/Cu的质量比，一方面尽可能提高强化相Q相(Al5Cu2Mg8Si6)的含量，另一方面则避免形成过量的θ相(Al2Cu)，在合金材料制备过程中，Q相起到析出强化的作用，从而显著提升合金材料的强度，获得450MPa级的Al-Mg-Si-Cu系合金。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的Al-Mg-Si-Cu系合金，通过添加0.85～1.30wt.％的Mg元素，且严格控制(Mg+Si)/Cu的质量比，可以制得强度达到450MPa以上的合金材料。具体实施方式本专利技术中选用的所有材料、试剂和仪器都为本领域熟知的，但不限制本专利技术的实施，其他本领域熟知的一些试剂和设备都可适用于本专利技术以下实施方式的实施。实施例1一种高强度Al-Mg-Si-Cu合金，其化学成分按质量百分比为：Si：0.75％、Fe：0.18％、Cu、1.00％、Mn：0.60％、Mg：0.85％、Cr：0.05％、Ti：0.068％，余量为Al，各成分质量百分比之和为100％；(Mg+Si)/Cu的质量比为1.6。采用该成分的合金制备6mm厚挤压材，其挤压比为20。所述的合金挤压材制备方法，包括以下步骤：S1熔炼：按设定比例配料，在740℃下熔炼熔化原料，充分搅拌、除气除渣；S2铸锭：通过熔炼得到符合要求的熔体，采用半连续铸造方法于700℃浇铸出用于挤压的铸锭；S3均质处理：将铸锭加热到560℃并保温1h，随后以10℃/min的速率冷却到450℃，接着以45℃/min的速率冷却到180℃以下出炉自然冷却，得到均质处理后的铸锭；S4热挤压：将步骤(3)所得均质处理后的铸锭加热到530℃，挤压筒温度为500℃，随后以20m/min的挤压速度挤出；S5淬火：淬火温度为535℃，挤压材流出模孔后进入在线淬火装置进行穿水淬火处理；S6时效：淬火后的挤压材加热到100℃，并保温48h进行时效处理，出炉后得到所述高强Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，所得的挤压材力学性能见表1。实施例2一种高强度Al-Mg-Si-Cu合金，其化学成分按质量百分比为：Si：1.10％、Fe：0.18％、Cu、0.75％、Mn：0.50％、Mg：1.30％、Cr：0.05％、Ti：0.06％，余量为Al，各成分质量百分比之和为100％；(Mg+Si)/Cu的质量比为3.2。采用该成分的合金制备6mm厚挤压材，其挤压比为20。所述的合金挤压材制备方法，包括以下步骤：S1熔炼：按设定比例配料，在740℃下熔炼熔化原料，充分搅拌、除气除渣；S2铸锭：通过熔炼得到符合要求的熔体，采用半连续铸造方法于700℃浇铸出用于挤压的铸锭；S3均质处理：将铸锭加热到530℃并保温10h，随后以5℃/min的速率冷却到400℃，接着以不小于50℃/min的速率冷却到180℃以下出炉自然冷却，得到均质处理后的铸锭；S4热挤压：将步骤(3)所得均质处理后的铸锭加热到500℃，挤压筒温度为430℃，随后以4m/min的挤压速度挤出；S5淬火：淬火温度为535℃，挤压材流出模孔后进入在线淬火装置进行穿水淬火处理；S6时效：淬火后的挤压材加热到200℃，并保温1h进行时效处理，出炉后得到所述高强Al-Mg-Si-Cu系合金挤压材，所得的挤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度Al-Mg-Si-Cu系合金，其特征在于：其成分按质量百分比，包括，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.35wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.5～0.75wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分质量百分比之和为100％，控制(Mg+Si)/Cu的质量比为1.6～3.2。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度Al-Mg-Si-Cu系合金，其特征在于：其成分按质量百分比，包括，Si：0.75～1.10wt.％，Fe：≤0.35wt.％，Cu：0.75～1.0wt.％，Mn：0.5～0.75wt.％，Mg：0.85～1.30wt.％，Cr：≤0.05wt.％，Ti：≤0.10wt.％，余量为Al，各成分质量百分比之和为100％，控制(Mg+Si)/Cu的质量比为1.6～3.2。


2.根据权利要求1所述的高强度Al-Mg-Si-Cu系合金，其特征在于：所述(Mg+Si)/Cu的质量比为2.2。


3.权利要求1或2所述的高强度Al-Mg-Si-Cu系合金的制备方法，其特征在于：将各原料混合配料，经熔炼、铸造、均质处理、热挤压、淬火、时效处理，即得高强度Al-Mg-Si-Cu系合金。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述熔炼的温度为720～760℃。

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓斌，邓运来，王宇，何锡宇，姜伟，谭桂薇，王冯权，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43