一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金及其板材制备工艺的制作方法

一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金及其板材制备工艺
技术领域
1.本发明属于轻金属材料制备技术领域，特别是涉及一种al-mg-mn-cr-zr-ti 铝合金及其板材制备工艺。


背景技术：

2.al-mg合金属于5系铝合金，主加元素是mg，它是一种不可热处理强化合 金，主要的强化机制是固溶强化、形变强化、细晶强化。mn元素加入除起到固 溶强化作用外，还能与合金中的杂质fe生产al6(mn,fe)相，降低fe元素的活 性，提高合金耐蚀性。al-mg-mn铝合金具有密度低、抗拉强度高、耐蚀性好的 特点被广泛应用于汽车、船舶等交通运输领域。
3.随着世界对环境的高标准要求，铝合金因密度低的有点被尽可能开发应用 于多个领域，但随着社会经济发展，制造工艺的进步，轮船、高铁等提速对安 全性能提出了更高的要求，铝合金的综合性能成为开发的重点。al-mg-mn合金 不属于可热处理强化的合金，因此固溶强化和形变强化是提高其力学性能的主 要手段，但过高的合金元素含量，造成网状的al3mg2相沿晶间析出，使合金耐腐 蚀性能大幅度下降，因此，在保证不增加主加合金元素的基础上，需要重新设 计合金元素，降低主加元素含量，细化合金晶粒，提升合金力学性能和耐晶间 腐蚀性能。
4.另外，合金板材制备中，还需要进一步优化制备工艺，提高生产效率，减 少能源消耗，降低成本。传统的al-mg-mn合金板材制备工艺为熔炼铸造-均匀 化退火-热轧-退火-热轧-冷轧-稳定化退火，mg含量低于5.0的合金，国际标准 要求的性能指标：抗拉强度≥310mpa，屈服强度≥215mpa，伸长率≥10％，晶间 腐蚀质量损失≤15毫克/平方厘米。根据节能环保要求，需要开发新型合金板材 制备工艺，简化工艺流程，提高生产效率，节省能源的同时满足使用性能。


技术实现要素：

5.为了克服上述问题，本发明提供了一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金及其板 材制备工艺，通过微合金元素细化晶粒，提升力学性能；优化合金板材制备工 艺，充分发挥合金热轧过程中的余热，发挥al-mg合金层错能低易动态再结晶 的特点，缩短加工流程，提升合金板材的力学性能、耐蚀性性能。
6.本发明所采用的技术方案是：
7.一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金，包括以下成分：mg 3.7％-4.5％、mn 0.3％ －0.7％、cr 0.05％-0.3％、zr 0.1-0.3％、ti 0.05-0.15％，其余为al。
8.本发明还提供了一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金的板材制备工艺，包括以 下步骤：
9.步骤一：熔炼：熔炼温度为760℃-780℃，将纯铝和铝锰合金、铝锆合金和 铝铬合金同时熔炼，待合金全部熔化后，充分搅拌后采用氩气旋转喷吹精炼， 除气扒渣后静置，温度降至720℃-740℃时加入纯镁，将纯镁压入液体内部熔化， ti元素的加入是通过al-ti-b细化剂的形式浇注时加入，最后合金熔铸成铝合 金扁锭；
10.步骤二：合金均匀化退火和热轧升温两道工序合并为一道工序；
11.步骤三：控制热轧变形量为5％-20％，速率为2米/秒-3米/秒，总变形量为 50％左右时，保温0分钟-30分钟，合金产生不完全静态再结晶，使合金晶粒取 向发生改变，大部分晶粒的取向有利于提高耐蚀性能的取向，然后再次热轧， 保持速率为2米/秒-3米/秒，变形量为15％-30％，轧至4mm-10mm，满足所需要 的厚度，控制终轧温度在300℃以上；
12.步骤四：完成热轧的板材地面水平放置，不能悬空放置，防止出现变形及 额外内应力，最后空冷至室温。
13.其中，步骤二具体工艺为铝合金铸锭加热至380℃-410℃，保温1小时-2 小时后，升温至480℃-510℃，保温2小时-6小时后直接热轧。
14.本发明的优点如下：
15.1、添加微合金元素ti、zr、cr后，明显细化合金晶粒，合金晶粒直径降 至100um以下，起到细晶强化效果；同晶粒细小有利于提高合金耐晶间腐蚀性 能；
16.2、均匀化退火工艺与热轧升温工艺融合为一个工序，缩短了时间，提高了 生产效率，同时减少了加热次数，降低了能源损耗；
17.3、控制轧制速率和轧制温度，利用终轧后的余热温度，空冷过程起到消除 内应力稳定组织作用，不需要冷却至室温冷轧后再稳定化退火，优化了工艺， 减少了工序，提高生产效率节约能源；
18.4、此工艺制备的铝合金板材抗拉强度在360mpa以上，屈服强度在235mpa 以上，伸长率在13％以上，晶间腐蚀质量损失≤8毫克/平方厘米，综合性能远 高于使用性能要求。
附图说明
19.图1是本发明的铸态合金退火后的晶粒大小形貌示意图；
20.图2是本发明的实施例1的合金热轧板微观形貌示意图；
21.图3是本发明的实施例2的合金热轧板微观形貌示意图；
22.图4是本发明的实施例3的合金热轧板微观形貌示意图。
具体实施方式
23.下面对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些内容。
24.实施例1：设计了al-4.0mg-0.5mn-0.1cr-0.1ti-0.1zr合金材料，按照成 分要求配备中间合金，完成熔炼铸造，ti元素以细化剂的方式最后浇注时加入， 制备成厚度为800mm的铝合金扁锭；铝合金扁锭加热至400℃，保温1h后升温 至500℃保温6小时；出炉后直接在热轧机上热轧，首道次压下量为40mm，其 余道次为80mm，轧制速率为2.5米/秒；经6道次轧制后，保温10分钟，再次 轧制，压下量为10-60mm，最终制备的板材厚度为8mm，空冷至室温经检测后入 库。
25.通过上述方法制备的铝合金板材，微观组织见图2，力学性能见表1。
26.实施例2：设计了al-3.9mg-0.5mn-0.12cr-0.1ti-0.15zr合金材料，按照 成分要求配备中间合金，完成熔炼铸造，ti元素以细化剂的方式最后浇注时加 入，制备成厚度为600mm的铝合金扁锭；铝合金扁锭加热至400℃，保温1h后 升温至500℃保温4小时；出炉后直接在热轧机上热轧，首道次压下量为30mm， 其余道次为60mm，轧制速率为2.5米/秒；经5
道次轧制后，保温10分钟，再 次轧制，压下量为5-40mm，最终制备的板材厚度为6mm，空冷至室温经检测后 入库。
27.通过上述方法制备的铝合金板材，微观组织见图3，力学性能见表1。
28.实施例3：设计了al-4.2mg-0.6mn-0.07cr-0.08ti-0.12zr合金材料，按照 成分要求配备中间合金，完成熔炼铸造，ti元素以细化剂的方式最后浇注时加 入，制备成厚度为600mm的铝合金扁锭；铝合金扁锭加热至400℃，保温1h后 升温至500℃保温4小时；出炉后直接在热轧机上热轧，首道次压下量为30mm， 其余道次为60mm，轧制速率为2.5米/秒；经5道次轧制后，不保温5分钟后再 次轧制，压下量为5-30mm，最终制备的板材厚度为4mm，空冷至室温经检测后 入库。
29.通过上述方法制备的铝合金板材，微观组织见图4，力学性能见表1。
30.表1
[0031][0032]
[0033]
指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提 下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金，其特征在于：包括以下成分：mg3.7％-4.5％、mn 0.3％－0.7％、cr 0.05％-0.3％、zr 0.1-0.3％、ti 0.05-0.15％，其余为al。2.根据权利要求1所述的一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金的板材制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：熔炼：熔炼温度为760℃-780℃，将纯铝和铝锰合金、铝锆合金和铝铬合金同时熔炼，待合金全部熔化后，充分搅拌后采用氩气旋转喷吹精炼，除气扒渣后静置，温度降至720℃-740℃时加入纯镁，将纯镁压入液体内部熔化，ti元素的加入是通过al-ti-b细化剂的形式浇注时加入，最后合金熔铸成铝合金扁锭；步骤二：合金均匀化退火和热轧升温两道工序合并为一道工序；步骤三：控制热轧变形量为5％-20％，速率为2米/秒-3米/秒，总变形量为50％左右时，保温0分钟-30分钟，然后再次热轧，保持速率为2米/秒-3米/秒，变形量为15％-30％，轧至4mm-10mm，满足所需要的厚度，控制终轧温度在300℃以上；步骤四：完成热轧的板材地面水平放置，不能悬空放置，最后空冷至室温。3.根据权利要求2所述的一种al-mg-mn-cr-zr-ti铝合金的板材制备工艺，其特征在于：所述的步骤二具体工艺为铝合金铸锭加热至380℃-410℃，保温1小时-2小时后，升温至480℃-510℃，保温2小时-6小时后直接热轧。

技术总结
本发明公开了一种Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金及其板材制备工艺，该Al-Mg-Mn-Cr-Zr-Ti铝合金包括以下成分：Mg 3.7％-4.5％、Mn 0.3％－0.7％、Cr 0.05％-0.3％、Zr 0.1-0.3％、Ti 0.05-0.15％，其余为Al；该板材制备工艺为熔炼；合金均匀化退火和热轧升温两道工序合并为一道工序；控制热轧变形量为5-20％，速率为2-3米/秒，总变形量为50％左右时，保温0-30分钟，然后再次热轧，保持速率为2-3米/秒，变形量为15％-30％，轧至4-10mm，满足所需要的厚度，控制终轧温度在300℃以上；完成热轧的板材地面水平放置，最后空冷至室温。本发明通过微合金元素细化晶粒，提升力学性能；优化合金板材制备工艺，充分发挥合金热轧过程中的余热，发挥Al-Mg合金层错能低易动态再结晶的特点，缩短加工流程，提升合金板材的力学性能、耐蚀性性能。蚀性性能。蚀性性能。


技术研发人员：陈健 车守贤 王明明 高静 沙漫漫 房洪杰 张日强
受保护的技术使用者：山东省青岛第四十五中学（青岛工贸职业学校）
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8