[发明专利]一种高强高韧变形铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铝合金材料，更具体地说，涉及一种高强高韧变形铝合金及其制备方法。

背景技术

随着制造工业的不断发展，新型高性能材料的需求日益增长。铝合金作为新型高性能轻质材料，由于其具有密度低、强度高等优点，已日益成为航空航天、舰船、兵器工业等高端领域的结构材料。

根据合金元素的含量与加工工艺的特点，铝合金可以分为变形铝合金与铸造铝合金两类。变形铝合金是熔铸成型后,再经过热挤压、轧制方法等加工形成的各种板材、线材、型材以及棒材。现有的现有技术中的变形铝合金虽然屈服强度、抗拉强度等性能有了一定的提高，但是现有的变形铝合金的还存在屈服强度和抗拉强度的屈强比过大，铝合金塑性差、脆性大等缺陷，导致加工性能不高，铝合金制品成品率降低，造成了不必要的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的变形铝合金屈强比大、塑性差造成制品成品率低的缺陷，提供一种高强高韧变形铝合金及其制备方法。

本发明的发明人通过大量实践发现，Al-Mn-Cu-Si系铝合金可以通过加入Sr来进行强化性能，这是因为锶可以在结晶上改变金属间化合物相的行为，能够有效细化结晶粒子尺寸，提高力学性能包括屈服强度、抗拉强度、延伸率等，同时也改善制品表面粗糙度。但是上述得到的铝合金屈强比并没有明显的改变，仍然存在塑性以及塑性差等缺点。发明人进一步研究发现，通过加入适当含量的Sb可以解决上述问题，使得铝合金在制备过程中均匀化程度更高、避免多粗晶偏析，屈服强度和抗拉强度都有提高，同时降低屈强比，有效提高铝合金性能。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种高强高韧变形铝合金，其中，该铝合金包括以下重量百分比的组分：Mn 1.4～2.6％、Si 0.35～0.65％、Cu 2.2～3.1％、Sr 0.10～0.15％、Sb0.7～1.1％、余量为Al以及不可避免的杂质。

优选地，该铝合金包括以下重量百分比的组分：Mn 1.8～2.2％、Si 0.35～0.5％、Cu 2.5～3％、Sr 0.10～0.12％、Sb 0.8～0.9％、余量为Al以及不可避免的杂质。

另一方面，本发明还提供一种上述高强高韧变形铝合金的制备方法，其中，该制备方法包括如下步骤：

步骤一：按照重量百分比，准备铜、锶、锑、铝、铝锰合金、铝硅合金并依次加入坩埚中加热至650～700℃，搅拌5～10min，然后加热至730～760℃底吹氩气或加入覆盖剂进行精炼20～30min，迅速进行浇注得到铝合金铸锭；其中，铝锰合金、铝硅合金的加入量分别以Mn、Si的量计算得到；

步骤二：将步骤一得到的铝合金铸锭置于热处理炉中，加热至420～450℃保温10～12小时，取出铝合金铸锭放入水中进行水淬处理；

步骤三：将步骤二处理后的铝合金铸锭再次置于热处理炉中，进行时效处理，冷却至室温得到高强高韧变形铝合金。

在制备过程中发现，Al-Mn-Cu-Si系铝合金如果单独加入Sb而不加入Sr，会出现黑渣，可能为Sb-Mn，同时得到铝合金表面粗糙。

根据本发明，优选情况下，步骤一中，所述铝锰合金由5～15重量％的锰和余量的铝组成，所述铝硅合金由10～12重量％的硅和余量的铝组成。

根据本发明，优选情况下，步骤一中，所述覆盖剂为由40重量％KCl、30重量％CaCl₂和30重量％K₂CO₃组成。所述覆盖剂的用量为铝合金投料的0.1～0.5％。

根据本发明，优选情况下，步骤三中的时效处理包括：加热到120-140℃保温3～4小时，然后加热到170～190℃保温1～2小时。

鉴于本发明的铝合金具有良好的性能，可以广泛用于常规门、窗等，也可以用于轨道车辆、高档轿车的内饰件以及作为航空航天等领域的原材料。

与现有技术相比，本发明提供的变形铝合金在屈服强度、抗拉强度等有了进一步提高，并且具有低屈强比，铝合金具有更好的塑性，提高了铝合金加工性能，从而保证了铝合金制品的成品率的提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不是对本发明的保护范围的进一步限定。

实施例1

高强高韧变形铝合金A1，Mn 1.8％、Si 0.4％、Cu 3％、Sr 0.12％、Sb 0.9％以及余量为Al。