[发明专利]Er、Zr、Si微合金化Al-Mg-Cu合金及其形变热处理工艺

说明书

一种Er、Zr、Si微合金化Al‑Mg‑Cu合金，属于合金材料技术领域。为在铝基体加入重量百分比为：1.8～2.2％Mg，0.7～0.9％Cu，0.11％～0.15％Si，0.19～0.20％Er，0.19～0.25Zr。制备方法：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、Al‑Er中间合金、Al‑Zr中间合金放入石墨坩埚中，然后熔炼，熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置30min，进行铁模浇铸并进行后续的形变热处理。合金具有高强度与高塑性相结合的优良力学性能。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体为在Al-Mg-Cu合金的基础上加入Er、Zr、Si等微量元素及其制备与形变热处理工艺。

技术背景

自从20世纪70年代发生两次大的石油危机以后，考虑到能源、环境、安全等方面的原因，人们对汽车轻量化的要求越来越迫切。而铝及其合金因与汽车用钢铁材料相比具有比强度高、耐蚀性优良、适合多种成形加工方法、抗冲击性能好、较易再生利用等优点，成为应用的比较成熟的轻量化材料，铝合金在汽车上的用量和在汽车材料构成比中所占份额也在明显增加。汽车轻量化的概念最早源于赛车运动，20世纪初赛车运动协会提出参赛赛车质量的限制，成为史上第一个轻量化事件。此后，主要发达国家分别从结构优化设计、轻量化材料的应用和先进制造工艺三个方面来实现汽车的轻量化。在三种轻量化技术中，轻量化材料的开发和应用是当前最主要的研究方向，在为数不多的轻量化汽车材料中，铝合金以其独特的性能优势成为汽车制造业中使用最多的轻量化金属材料。

汽车车身用铝合金板材需要好的冷成型性能，以便板材能够被冲压变形。此外在烤漆处理的过程中车身板材最好能保持强度不下降或者使强度有一定的提升。典型的Al-Mg合金在烤漆处理过程中强度会有所下降，国外学者发现在Al-Mg合金的基础上加入少量的Cu在烤漆处理中出现快速硬化现象，这对提高汽车车身板材的强度是极其有力的。同时在Al-Mg-Cu合金的基础上加入少量的Si能极大的提高模拟烤漆过程中快速硬化的能力(专利号：201710150748.3)，但是经过固溶处理的Al-Mg-Cu-Si合金在室温长期放置的过程中自然时效硬化作用非常显著，这是由于自然时效中Si具有促进亚稳团簇析出的作用，这些亚稳团簇在烤漆过程中会部分溶解从而会降低快速硬化的作用，因此会对后期的冲压变形和烤漆处理产生不利的影响。在Al-Mg-Cu合金的基础上加入Er、Zr、Si等微量元素能起到细化晶粒和提高再结晶温度的作用，通过后续形变热处理工艺不仅能极大提高强度还有非常好的塑性，同时固溶处理后进行轧制变形能够抑制室温存放时自然时效硬化，从而减轻自然时效对后续人工时效的影响。

发明内容

本发明的目的在于通过Er，Zr微合金化一方面起到细化晶粒的作用，另一方面通过热处理工艺在基体中生成S相及其过渡相从而起到沉淀强化的作用，与此同时基体中也会生成弥散分布的Al₃Er，Al₃Zr等弥散相起到弥散强化的作用，这些弥散相能够阻碍位错运动，钉扎晶界并阻碍晶界迁移，从而抑制再结晶即提高再结晶温度，使冷作硬化效果最大限度保留，使合金具有高强度与高塑性的优良力学性能。

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、Si、Er和Zr，其中Mg、Cu、Si在Al-Mg-Cu-Si合金中的重量百分含量分别为:1.8～2.2％的Mg，0.7～0.9％的Cu，0.11～0.15％Si；其中Er，Zr的成分范围分别为(重量百分比)：0.19～0.20％Er，0.19～0.25Zr，余量为Al及不可避免的杂质。进一步优选Al-2％Mg-0.8％Cu-0.15％Si-0.2％Er-0.25％Zr(重量百分比)。