[发明专利]一种高强度高延伸率Al-Mg-Si-Cu合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种高强度高延伸率Al-Mg-Si-Cu合金材料及其制备方法

背景技术

节能、安全、舒适和环保是当今世界发展的主题，而轻量化是实现上述目标最有效的途径。6xxx系铝合金（Al-Mg-Si合金）密度小、焊接性能和抗蚀性优良、冲击韧性高且易于加工成型，是节能汽车和高速列车广泛采用的重要轻量化结构材料。Al-Mg-Si-Cu合金是在Al-Mg-Si合金的基础上发展起来的，相对于Al-Mg-Si合金具有优良的力学性能，在抗蚀性和成形性等方面也表现出良好综合性能，可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材或锻造成结构复杂的锻件。因此，Al-Mg-Si-Cu合金逐渐成为材料科学工作者研究的热点。

新世纪，随着科技的不断进步，交通和建筑等领域对铝合金材料的要求越来越高，传统的Al-Mg-Si-Cu合金已经不能满足强度和挤压性能等各方面的要求。如使用最广泛的6061、6063等铝合金，经过固溶时效处理后，抗拉强度都不超过320MPa，相比7xxx铝合金其强度较低；且延伸率在12%左右，塑性仍有待提高。现有研究表明，一般合金强度的提高会带来塑性的降低。因此，如何同时提高Al-Mg-Si-Cu合金的强度和塑性是当前材料领域的前沿问题。发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，从热处理条件改善、成分设计、制备工艺改进三个方面出发，提供一种Al-Mg-Si-Cu合金材料及其制备方法，以期望可以使Al-Mg-Si-Cu合金的强度和塑性同时提高。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明高强度高延伸率Al-Mg-Si-Cu合金材料，其特点在于：各合金元素按质量百分数的配比为：Mg   0.85%-0.94%；

Si   0.58%-0.63%；

Cu  0.65%-0.72%；

Mn  0.18%-0.21%；

杂质总含量≤0.1%；

余量为铝。

合金化是提高材料强度和塑性等综合性能的有效途径。其中，在Al-Mg-Si-Cu合金材料中，Mg和Si质量分数比为1.73：1时，可以使合金经固溶时效后基体中析出大量弥散的Mg₂Si强化相，在本发明中，Si有一部分过剩，可以中和杂质中Fe等的不良影响，同时细化Mg₂Si质点。合金中加入0.65%-0.72%的Cu，目的是改善合金在热加工时的塑性，增强热处理强化效果，提高延伸率；同时，合金中加入0.18%-0.21%的Mn，目的是通过形成弥散相阻止合金在后续变形过程中的再结晶，从而提高再结晶温度，显著细化再结晶晶粒，提高Al-Mg-Si-Cu合金的成形性能和强度。

本发明Al-Mg-Si-Cu合金材料的制备方法，其特点在于按如下步骤进行操作：

步骤1：制备合金铸锭

1a、配料：按照Al、Mg、Si、Cu和Mn的质量百分比，称取金属Al、Al-Mg中间合金、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金及Al-Mn中间合金，作为配料；

1b、熔化：首先将金属Al、Al-Mn中间合金和Al-Si中间合金作为原料组A加入到预热至280℃的坩埚中（坩埚预热的目的是去除水分，防止开裂），加热到730℃，恒温至原料组A软化下塌时，在原料组A表面撒上覆盖剂（覆盖剂是为防止原料组A与空气接触发生氧化，同时也为了减少进入原料组A的氧化膜）；继续恒温至原料组A完全熔化时，向原料组A中加入Al-Cu中间合金，并搅拌至Al-Cu中间合金完全熔化，获得熔体B；

在原料组A表面撒上覆盖剂的质量优选为配料总质量的0.5%。（0.5%为最优值，实验证明在0.5%-0.6%的区间内都可实现）

为保证Al-Cu中间合金充分熔入原料组A中，使用工具将Al-Cu中间合金下压至坩埚底部，保证其完全浸没在熔化的原料组A中；为了防止产生局部过热，适当搅动坩埚内的熔体B，搅拌时先在坩埚底搅拌数分钟，然后再彻底均匀地搅拌熔体B，以使坩埚里各处温度均匀一致。

1c、加入Al-Mg中间合金：降温至690℃（690℃为最优值，实验证明在680-700℃的区间内都可实现），向熔体B中加入Al-Mg中间合金，搅拌至Al-Mg中间合金完全熔化，获得熔体C；为防止Al-Mg中间合金的烧损，可以使用铝箔包裹并迅速将Al-Mg中间合金按入熔体B底部，再用覆盖剂对熔体B进行覆盖，减少镁的烧损。