[发明专利]一种提高低钪Al-Mg合金力学性能的加工工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及Al-Mg-Sc合金领域，具体说是设计一种提高低钪Al-Mg合金力学性能的加工工艺。

背景技术：

含钪的Al-Mg合金由于强度高、韧塑性好、耐蚀性能和焊接性能优异，在科学研究和工程应用领域中受到重视。俄罗斯已经开发出一系列含Sc的商用Al-Mg合金，如01515、01523、01545及01570等。在这些商用合金中，添加Sc可以起到以下三个方面的作用：一是在凝固过程中形成初生Al₃(Sc,Zr)相将原始铸态晶粒细化至40～60微米左右；二是通过后续热加工和热处理中析出的纳米级Al₃(Sc,Zr)相来强化合金；三是由于Al₃(Sc,Zr)相颗粒对位错的强烈钉扎作用，减缓了合金在稳定化退火过程中的回复及再结晶过程，保留了合金的亚结构强化。但是由于Sc的价格极其昂贵，使这类材料的应用受到了很大的限制。

对Al-Mg-Sc合金，传统的加工工艺为先将铸锭进行均匀化退火，然后进行热变形、中间退火及冷变形和最终的稳定化退火。由于加工过程中合金要经过较高温度的加工和热处理，纳米级Al₃(Sc,Zr)相将会发生粗化，这将对前面所述的强化作用造成影响。为保证合金最终的力学性能，Sc含量一般为0.15～0.3wt.%。如果不改变加工工艺而降低合金中Sc的含量，则合金的强度将会由于纳米级Al₃(Sc,Zr)析出相的数量减少而下降。通过前期的研究工作，发现冷变形后的低钪Al-Mg合金经盐浴退火可以发生再结晶，并且能得到细小的晶粒（已经申请专利，申请号为201210162715.8）。但是，在该系合金中，细晶强化只是合金强化的一个方面。要使低钪合金的性能达到商用Al-Mg-Sc合金的水平，还需要综合考虑合金中的沉淀强化和亚结构强化。目前对于低钪Al-Mg合金，尚未报道有合适的加工工艺能使其性能接近于商用Al-Mg-Sc合金。

发明内容：

本发明的目的是提供一种提高低钪Al-Mg合金力学性能的加工工艺，以克服该合金在传统加工工艺条件下力学性能不足的缺点，使其达到普通商用Al-Mg-Sc合金力学性能的要求。为了弥补低钪Al-Mg合金中因纳米级Al₃(Sc,Zr)析出相数量减少而对合金的强度造成的不利影响，可以从下面几个方面入手：一是细化合金的晶粒尺寸；二是减小合金中纳米级Al₃(Sc,Zr)析出相的尺寸，使其沉淀强化作用增强；三是减小合金中亚结构的尺寸，增强亚结构强化作用的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种提高低钪Al-Mg合金力学性能的加工工艺，其特征在于，具体工艺步骤如下：

1）在室温对铸锭进行冷轧，变形量不小于70%；

2）在300～450℃温度区间内对经过步骤1）处理的合金进行20秒～5分钟的盐浴退火；

3）对经盐浴退火的合金在275～325℃温度下进行12小时～36小时时效；

4）在室温进行50%～70%冷轧；

5）在300～350℃温度下退火0.5～1小时。

本发明提供的提高低钪Al-Mg合金力学性能的加工工艺，所述步骤1）中铸锭为低钪Al-Mg合金，按元素质量百分比计，该合金的化学成分如下：镁:4.5-6.0％；锰:0.30-0.60％；钪:0.05-0.12％；锆:0.05-0.15％；余量为铝和不可避免的杂质。

相比于传统的加工工艺（先热轧，中间退火，再冷轧并进行最后的稳定化退火），本发明提供的加工工艺可以大幅提高合金的强度，而基本不降低塑性。

其工作原理为：

本发明对于过饱和低钪Al-Mg合金铸锭，冷变形后在盐浴中进行短时间退火处理，可以使合金发生部分及全部回复和再结晶，而无纳米级Al₃(Sc,Zr)相析出。这是因为合金在一定的变形量时，当加热速度足够快，退火温度足够高时，回复及再结晶过程可以在析出相析出之前完成。再结晶的发生可以细化晶粒，不仅有利于合金强度的提高，而且也有利于合金后续的加工变形。低温峰值时效处理后析出的Al₃(Sc,Z相，其强化效果可以达到最佳，有利于稳定合金中的亚结构，从而更好的强化合金。