[发明专利]一种高Cu含量6XXX铝合金及其型材的制备方法

说明书

本发明公开了一种高Cu含量6XXX铝合金及其型材的制备方法，铝合金的组分及其质量百分含量为：Fe≤0.2％、Si 0.9％‑1.6％、Cu 0.65％‑0.95％、Mn 0.35％‑0.65％、Mg 0.9％‑1.38％、Zr 0.04％‑0.25％、其余为Al。制备方法包括：合金熔炼、均质热处理、型材挤压加工及形变热处理。本发明能够制备高强韧、高耐蚀性等综合优异性能的海洋装备用高Cu含量铝合金型材产品。

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高Cu含量6XXX铝合金。

背景技术

随着国家军工国防领域对产品综合性能要求的提升，对铝合金材料提出了更高的综合性能需求，尤其是轻量化特性，海洋装备领域尤其需求强烈。现有海洋装备在制造过程中，90％以上的结构材料和框架材料应用均为钢铁，主要的原因是钢铁的强度高，耐腐蚀，而应用于其余部分的铝合金大部分为5XXX铝合金，利用其耐腐蚀特性。然而5XXX铝合金虽然耐腐蚀性能较为优异，但是其力学性能受限于合金成分，难以向350MPa以上突破，所以铝合金在海洋领域装备制造上仍旧受到了很多的限制。

6XXX铝合金具备中等强度、耐腐蚀性能优良、易热加工成型的特性，在产品制造上具备良好的先天优势，现有6XXX合金的强度仍旧难以实现有效的轻量化效果，因此只能在合金成分上继续优化升级，加入合金元素Cu和稀土元素是比较合理的方案，然而Cu元素加入后合金的耐腐蚀性能会受到显著的影响，故还需要一种新型的产品制造和热处理工艺，实现合金产品优良的力学和耐腐蚀性能。除此以外，海洋领域装备的大量零部件连接需要焊接工艺，而往往高Cu含量的合金产品焊接效果一般，焊接系数较低，因此需要进一步调整合金成分进而实现优良的焊接特性。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种高Cu含量6XXX铝合金及其型材的制备方法，通过合金成分设计、合金型材热挤压工艺优化及热处理工艺优化实现高Cu含量6XXX铝合金型材的高强度、耐腐蚀和可焊接性能优良的综合特性，特别适用于海洋装备领域产品的制造和生产。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种高Cu含量6XXX铝合金，所述铝合金的组分及其质量百分含量为：Fe≤0.2％、Si0.9％-1.6％、Cu 0.65％-0.95％、Mn 0.35％-0.65％、Mg 0.9％-1.38％、Zr 0.04％-0.25％、其余为Al。

进一步地，所述铝合金的组分及其质量百分含量为：Fe≤0.2％、Si 0.9％-1.6％、Cu0.75％-0.95％、Mn 0.35％-0.65％、Mg 0.98％-1.38％、Y 0.05％-0.10％、Er 0.06％-0.25％、Zr0.15％-0.25％、其余为Al，0.13％≤Er的质量百分含量+Y的质量百分含量≤0.3％。

本发明合金成分设计中，利用Cu元素的强化效果，添加含量较高的Cu元素，能够显著提升Al-Mg-Si系列合金的力学性能，主要原理是合金在时效过程中形成Al₂Cu和Al₂CuMg的强化相。Er和Y是特性明显的稀土元素，首先两者的成本相对较低，合金成本不会因为稀土合金元素的添加而明显提升；其次，Er和Y能够形成特殊结构的弥散强化相，一方面能够有效的在焊缝区域形成弥散强化相提升焊缝的强度，另一方面弥散相的组织特征能够有效提升合金的耐腐蚀性能。因此，合金成分设计中协同发挥Cu、Er和Y元素的强化作用能够有效的保证合金的成本和高品质。

一种如上述的高Cu含量6XXX铝合金的型材的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)合金熔炼及铸造：根据所述铝合金的组分及其质量百分含量进行配料，将熔炼炉炉温设定为735℃-755℃，向熔炼炉中依次加入铝锭、铝锰、铝铁、铝锆、铜板及铝硅中间合金至全部熔化，再向熔炼炉中加入镁锭后搅拌，得到炉料；将炉料保温区间调整为735℃-745℃，向熔化的炉料中加入精炼剂，并进行除气除渣；静置后，得到合金液，将合金液导入至铸盘浇注成锭，得到第一铸锭；