[发明专利]高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度Al-Mg-Si-Cu合金锻造材及其制备方法，属于有色金属技术领域。

背景技术

世界交通运输车辆总的发展趋势是轻量化，以达到节能降耗和减小污染的目的。多年来，铝材以众多独特的性能、良好的加工成形性和较低的生产成本，逐渐替代汽车中的钢材，成为促进汽车轻量化的重要材料之一。

与传统铸铁材料相比，采用铝合金锻件生产汽车部件不仅可以使重量大大减轻，强度、韧性及延展性大幅度提高，而且还可以使材料获得可靠的内部质量和优异的综合性能。因此，开发具有优异性能的铝合金锻件产品为实现汽车轻量化，降低污染和能源消耗具有重要意义。

汽车上采用的传统锻造铝合金是6061合金，由于其Mg和Si含量较低，热处理后材料的屈服强度仅为280MPa左右。随着汽车轻量化的发展需要，对材料的力学性能提出了更加严格的要求，同时要求材料更易于加工，生产成本更低。研究表明，在6×××系合金中，通过增加Mg和Si的含量来提高Mg₂Si强化相的数量可以进一步提高合金的强度，但增加到一定程度后，不仅不能获得期望的强度值，还会严重降低材料的塑性及韧性。此外，6×××系铝合金在锻造和固溶过程中易发生再结晶，产生粗大晶粒，导致力学性能急剧降低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

高强度Al-Mg-Si-Cu合金，特点是其成分的质量百分含量为：Mg 0.8~1.4wt.%，Si 0.8~1.6wt.%，Cu 0.2~0.8wt.%，Mn 0.2~1.0wt.%，Cr 0.1~0.4wt.%，Ti 0.01~0.1wt.%，Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤0.15wt.%，余量为Al。

进一步地，上述的高强度Al-Mg-Si-Cu合金，其特征在于：所述合金的铸态晶粒尺寸小于130μm，二次枝晶臂间距不大于40μm， T6态晶粒尺寸小于15μm，材料的屈服强度370MPa以上，延伸率大于12%。

本发明高强度Al-Mg-Si-Cu合金的制备方法，采用半连续铸造方式制备合金铸锭，在制造过程中控制成分含量Mg 0.8~1.4wt.%，Si 0.8~1.6wt.%，Cu 0.2~0.8wt.%，Mn 0.2~1.0wt.%，Cr 0.1~0.4wt.%，Ti 0.01~0.1wt.%，Fe≤0.25wt.%，不可避免的杂质总和≤0.15wt.%，余量为Al，其特征在于：将半连续铸锭随炉升温至300~350oC后，以1~10oC/min的升温速率升温至520~570oC，保温4~10h后空冷，然后将均匀化处理后的铸锭重新加热至450~500oC后进行锻造，终锻温度不低于350oC；最后对锻件进行T6热处理，经530~570oC固溶处理1~2h，淬火，再经170~200oC时效处理4~9h。

更进一步地，上述的高强度Al-Mg-Si-Cu合金的制备方法，所述半连续铸造方式为热顶铸造方式，半连续铸造方式制备的合金铸锭的直径为Φ80~200mm，铸造速度为70~170mm/min，冷却水流量控制在1~4m³/h。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明通过合理调整合金元素含量，优化工艺制度，严格控制加工及热处理过程中的晶粒尺寸，使得合金铸态晶粒尺寸小于130μm，二次枝晶臂间距不大于40μm，同时避免材料在锻造及固溶过程中发生粗大再结晶，控制晶粒尺寸小于15μm，从而保证材料的屈服强度达到370MPa，延伸率大于12%，显著地提高了材料的力学性能，具有明显的减重效果。均匀化工艺是在系统研究了均匀化处理过程中弥散相粒子的析出、形核和长大过程，以及非平衡结晶相回溶入基体等行为规律的基础上优化的，能有效调控发明合金中弥散相粒子尺寸、数量和分布，同时获得亚结晶组织控制的锻造工艺以及强化相粒子细小、弥散、均匀分布的T6热处理制度。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1为实施例1合金的铸态组织照片；

图2为实施例1合金的T6态EBSD组织照片；

图3为比较例1合金的铸态组织照片；

图4为比较例1合金的T6态EBSD组织照片。

具体实施方式