[发明专利]一种Si微合金化Al‑Mg‑Cu合金

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体为在5000系合金的基础上加入少量的Cu及其Si微合金化的制备与热处理工艺。

技术背景

全世界汽车工业界将能源和环保作为可持续发展的核心,目前新能源技术发展尚未成熟,要使汽车更环保、更省油,汽车轻量化是目前切实可行的重要措施之一。如今汽车轻量化主要有釆用轻质材料、优化汽车结构、进行工艺革新三种措施,而最简单的方法是采用轻质材料进行汽车减重,目前汽车行业非常注重于开发轻质材料以实现汽车减重这一大难题。汽车车身用铝合金板材要求好的冷变形性以便能够被冲压，除此之外板材在烤漆的过程中在保持强度不下降的同时最好能增加一定的强度。

用在汽车车身板的铝合金主要有Al-Cu-Mg(2000系)、Al-Mg(5000系)和Al-Mg-Si(6000系)。2000系合金的成形性和耐蚀性较差，5000系因勒德斯线和桔皮效应影响车身外观，T4态6000系烤漆后出现软化，这些不利影响严重阻碍了上述合金在汽车车身板上的应用。所谓的烤漆处理就是在160-180℃保温20-30min。有学者发现在Al-Mg合金的基础上加入少量的Cu能有效提高模拟烤漆前期(在160-180℃进行30min以内的时效)的时效硬化水平，而在Al-Mg-Cu合金的基础上进行Ag微合金化能非常显著的提高时效前期的硬化水平，因此Ag微合金化Al-Mg-Cu合金成为人们研究的热点。

然而由于贵金属Ag价格昂贵，增加了合金的成本，因此寻找与Ag有相似作用的廉价元素具有非常重要的实用意义。在Al-Mg-Cu合金的基础上加入少量的Ag能极大的提高模拟烤漆前期的时效硬化水平，Ag能显著提高时效前期的硬化水平这一作用被称为快速硬化现象，其成因是Ag在时效前期促使大量的Cu、Mg原子聚集成为Cu/Mg团簇，在时效前期基体中大量密集分布的Cu/Mg团簇起到了快速硬化的作用。本发明旨在用Si代替Ag，并在Al-Mg-Cu合金的基础上通过Si微合金化研究其对模拟烤漆前期时效硬化的影响。

发明内容

本发明的目的在于通过Si微合金化来提高人工时效前期快速硬化的目的，同时在Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu合金的基础上通过调控Si的含量来选出其中一种Si微合金Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu合金，被选出的这种合金与其它合金成分相比能最大的提高人工时效前期快速硬化的能力，尤其15分钟左右前期的硬化的能力快速提高。

本发明提供的Al-Mg-Cu合金，其特征在于，铝基体中加入了Mg、Cu和Si，其中Mg与Cu在Al-Mg-Cu合金中的重量百分含量为:1.8～2.2％的Mg，0.7～0.9％的Cu。其中Si的成分范围分别为(重量百分比)：0.11～0.51％。进一步优选Al-2％Mg-0.8％Cu-0.5％Si(重量百分比)。

本发明合金的制备方法在，其特征在于，包括以下步骤：在熔炼温度为800℃下，把纯铝、纯镁、Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金一起放入石墨坩埚中，然后把装有配料的坩埚放入高温电阻炉中进行熔炼，待合金熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置30min以使熔体中各元素分布均匀之后进行铁模浇铸；随后进行热处理，从而获得所述的合金材料。

本发明合金热处理工艺步骤包括如下：

(1)首先在550℃固溶处理1h，随后水淬至室温；

(2)然后步骤(1)水淬后的固溶态合金不停留直接进行175℃等温时效,其时效时间为15min～24h。

本发明采用上述成分配比的Si微合金化Al-Mg-Cu合金，通过在550℃固溶处理1h后直接进行175℃等温时效的时效硬化曲线的对比可得出以下结论：Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu合金与Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu-0.15wt％Si在模拟烤漆前期进行对比，可看出加入少量Si的Al-Mg-Cu合金在模拟烤漆前期具有非常显著的快速硬化现象；不同Si含量的Al-Mg-Cu合金在同一固溶处理温度下，Si含量越高的合金其前期的快速硬化响应越显著并且后期的峰值硬度越高。

附图说明

图1：550℃固溶后，175℃等温时效硬度曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。