[發明專利]一種高韌性的鋁合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201110421094.6
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102433471A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 門三泉;張中可;車云
• 申請（專利權）人: 貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02;C22C1/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種高強度鋁合金，還涉及其制備方法。

背景技術

深加工用的鋁合金往往需要首先鑄造成大型的錠坯，如扁錠、圓棒等，再通過軋制、擠壓、鍛造等手段，加工成各種成品，這些過程基本上都要和熱處理相結合，如果到可以直接使用的最終產品，則還要經過分割、表面加工、鈍化處理等作業。這些加工手段，需要鋁合金材料本身具備良好的深加工性能，包括鑄造性能、壓力加工變形性能、熱處理強化性能、抗腐蝕性能、抗疲勞破壞性能、表面加工和涂覆性能等。其中，熔鑄性能是鋁合金深加工性能的基礎。大型錠坯，尤其是厚度500mm以上的扁錠、厚板和直徑500mm以上的圓棒，是大型高效深加工的代表性基材，而能否預制成大型錠坯，也是考驗鋁合金材料本身是否適合進行深加工的第一道技術關口。

當Al-Si-Cu系鋁合金中由于成分和澆注工藝不當，容易形成高硬度化合物。尤其對于含硅量小于12％(質量分數)，Mn+Fe的含量高于0.8％(質量分數)時，非常容易生成Al₁₂Si(FeMn)₃化合物。由于該鋁合金成形后的硬度較高，機械加工時刀具磨損嚴重，加工后的表面肉眼可見鼓起的白亮色硬質點，顯微觀察硬質點呈骨骼狀或不規則顆粒狀。經能譜成分測定這種硬質點的成分組成為Al-Si-Mn-Fe，其形態極易與合金中初晶硅相混淆。當具有這種硬質點化合物的鋁合金成形后的零件，不僅加工性差，而且嚴重影響加工表面的粗糙度和陽極化膜的質量。

由于合金成分或化合物中密度大的成分會沉淀于鑄件下部，密度小的成分上浮于上部。例如為了細化晶粒而添加Ti這種難熔金屬與Al形成高熔點的片狀化合物Al₃Ti會較早的從合金液中結晶出來，當長成較大時就容易下沉產生局部規程的密度偏析，偏析較嚴重時可在鑄件斷口上看到表面平整的白亮灰的化合物，過共晶的Al-Si鋁合金中粗大的初生硅由于密度較小也容易形成偏析。

另外當這種合金液在澆注前由于攪拌不均勻而引起共晶偏析，在共晶硅集中處，硬度高脆性大，加工刀具磨損大；共晶硅少的部位形成α(Al)固溶體軟點，強度低，加工時不僅粘刀，惡化加工性能，在切削力的作用下會使α(Al)固溶體變形導致加工面出現白斑。當ZL108(ZAlSi12Cu2Mg1)鋁合金中含鎂量小于0.6％(質量分數)時，加工表面也容易出現白斑。

再有Al-Si-Cu鋁合金中Cu元素的偏析引起局部區域出現粗大的Al₂Cu相并沿晶呈網狀分布，就算采用熱處理不能將其完全溶解于α(Al)固溶體而保留于晶間，從而使得該種合金脆性增加。

同時，在采用這種鋁合金進行鑄造時，鑄造完成的鑄件中常出現各種夾雜，主要有氧化物夾雜、造型材料和熔劑夾渣等。其中，以鋁氧化物夾雜最為普遍。尤其在含Mg的鋁合金中，多數夾雜為氧化鋁和氧化鎂的混合物，所以在鋁合金熔煉過程中，氧化物夾雜的含量是反映鋁液冶金質量的重要標質之一。

由此可見：目前的鋁合金材料除了熔鑄大型錠坯時的成形性能較差外，大型錠坯在熱處理過程的淬透性不高、耐回火性較差和不能滿足更高的力學性能要求或某些特殊性能(如耐熱、耐蝕)等，也是重大缺陷。這些缺陷使其在工程技術領域替代鋼制品等重強材料和結構的進程中形成了難以跨越的技術斷點。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種高韌性的鋁合金及其制備方法，能夠克服現有鋁合金性能的不足，提高其強韌性、成形性和淬透性，為高效深加工提供高端基材。

一種高韌性的鋁合金，其特征在于以質量百分比計，包括0.4～0.8％的Si，小于等于0.7％的Fe，0.15～0.4％的Cu，小于等于0.15％的Mn，0.04～0.35％的Cr，0.8～1.2％的Mg，小于等于0.25％的Zn，小于等于0.15％的Ti，1.5～2.4％的Ni，0.12～0.19％的N和0.39～0.54％的Ca，余量為Al和不可避免的雜質；所述單一雜質的含量不超過總質量百分比的0.05％，雜質總含量不超過總質量百分比的0.15％。

一種制備所述的高韌性的鋁合金的方法，其特征在于步驟如下：