[發明專利]一種高強韌性高鎂鋁合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010116457.4
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111155003A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 趙艷君;胡治流;丁俊;龐興志;唐鵬;蘇原明;李平珍
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C22C21/08
• 分類號: C22C21/08;C22C1/02;C22C1/06;B22C3/00;C22F1/047
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明屬于鋁合金技術領域，具體涉及一種高強韌性高鎂鋁合金及其制備方法。本發明提供的高強韌性高鎂鋁合金，按質量百分比計，包括Mg 5.54～6.80％、Mn 0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。本發明嚴格控制各元素的含量，在鋁合金中添加適量質量百分比的Zr、Er稀土元素后，再通過控制Mg元素在鋁合金中的質量百分數，使Mg元素高效的與稀土元素發生相互作用，提升Al?Mg?Mn?Zr?Er多元體系鋁合金的強韌性匹配。本發明提供的高強韌鋁合金，Mg含量在5.54～6.80％時，相較于現有技術，鋁合金綜合力學性能顯著改善。

技術領域

本發明涉及鋁合金技術領域，具體涉及一種高強韌性高鎂鋁合金及其制備方法。

背景技術

鋁合金為中強合金，雖然具有鋼鐵無法比擬的優異性能，但其強度不高的問題很大程度上制約了鋁合金的應用。其中，Al-Mg合金中的主要合金元素是Mg元素，Mg元素通過固溶作用可顯著改善鋁合金的性能，由于Mg元素較基體Al元素輕，固溶在基體后，通過固溶強化能夠改善鋁合金的力學性能，這是由于，Mg元素在鋁合金中能夠形成β相(Mg₂Al₃或Mg₅Al₈)，當鎂含量升高至3.5％以上時，β相有可能沿著晶界或亞晶界析出，β相優先在晶界處析出時，在富含Al的固溶體的晶界處形成連續網狀物，進而阻礙位錯運動，起到彌散強化作用。

但是，隨著鎂含量升高，合金強度隨之提高，韌性和塑性卻會下降。大部分工業用鋁合金中Mg的含量均小于5.5％。當Mg的含量小于5.5％時，鋁合金的焊接裂紋傾向隨鎂含量的增加而降低，當Mg的含量大于5.5％時，含Mg的鋁合金會非常脆，其焊接裂紋傾向也隨鎂含量的增加而增加，一般沒有辦法使用。

而且，由于Al-Mg系鋁合金屬于不可熱處理強化的合金，為了進一步提高Al-Mg合金的性能，一般采用加工硬化或微合金化的方法來提升其性能。Er是一種非常理想的微合金化元素，其在鋁合金中的強化機理與Sc在鋁合金中的強化機理十分相似，Er元素添加到純鋁和Al-Mg合金中可顯著細化合金鑄態晶粒的大小，并在合金中形成Al₃Er納米級粒子，合金變形加工時能夠實現釘扎亞晶界和阻礙位錯運動的效果，進而提高合金強度。當Er和Zr以適當比例復合添加時能產生更為優異的性能。但現有技術中，即使向鋁合金中添加貴重的Er和Zr微合金元素，Al-Mg系鋁合金仍存在強韌性匹配度不高的技術問題。其中，當向Al-3～5Mg-0.5～0.6Mn鋁合金體系中添加稀土元素Er和Zr，形成多元體系Al-3～5Mg-0.5～0.6Mn-Er-Zr鋁合金，其抗拉強度僅為200MPa，屈服強度僅為130MPa，延伸率僅為12％，強韌性匹配低。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種高強韌性高鎂鋁合金及其制備方法。本發明提供的鋁合金在Mg的質量百分比為5.54～6.80％時，在保持相當強度的前提下，顯著提高了鋁合金的塑性，強韌性匹配度高。

為了解決以上技術問題，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種高強韌性高鎂鋁合金，按質量百分比計，包括Mg5.54～6.80％、Mn 0.50～0.60％、Zr 0.12～0.16％、Er 0.30～0.36％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％和余量的Al。

優選的，所述的高強韌性高鎂鋁合金，按質量百分比計，包括Mg 5.70％、Mn0.56％、Zr 0.14％、Er 0.30％、Si 0.23％、Fe 0.16％和余量的Al。

本發明提供了上述技術方案所述的高強韌性高鎂鋁合金的制備方法，包括以下步驟：

將鋁源、鎂源、錳源、鋯源和鉺源進行熔煉，得到熔煉鋁合金液；

將所述熔煉鋁合金液進行精煉，得到精煉鋁合金液；