專利名稱：：含鉺的鋁-鎂-錳變形鋁合金的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁-鎂-錳系變形鋁合金的熱處理工藝，特別涉及一種針對含鉺的變形鋁合金材料采用穩(wěn)定化退火的熱處理工藝。技術(shù)背景鋁鎂系合金具有優(yōu)異的塑性、耐蝕性和焊接性能，可廣泛應(yīng)用于航空、航天及交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。但由于該系合金的強度不高，其實際應(yīng)用受到一定的限制。該系合金為熱處理不可強化鋁合金，一般采用加工硬化和微合金化等方法來提高其綜合性能。由于加工硬化對合金強度的提高有限，目前普遍關(guān)注的是微合金化的方法。近年來的研究表明，稀土元素鉺(Er)是鋁鎂系合金有效的微合金化元素，在Al-Mg-Mn合金中添加稀土Er，稀土元素Er的加入能提高其耐蝕能力和表面質(zhì)量，并有助于合金組織的改善。在Al-(26)Mg合金中加入0.0051%(重量百分比wt.。/。)的稀土元素，可以不同程度的改善合金的綜合性能。稀土元素Er的加入可改變Al-Mg-Mn合金中Mg元素的分布狀況，還能促進合金的樹狀枝晶發(fā)達，使枝晶間距顯著減少。在Al-Mg-Mn合金中加入Er元素，能降低合金的應(yīng)力松弛速率，減少合金中的殘余應(yīng)力的影響；合金中的Al3Er粒子既可以抑制再結(jié)晶、形成非常細小彌散的亞結(jié)構(gòu)，又能通過析出強化效應(yīng)而使合金強度大幅度提高。鋁-鎂合金是熱處理不可強化，一般在退火、冷作硬化加穩(wěn)定化處理狀態(tài)下使用。冷變形的鋁-鎂合金自由能升高而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，Mg含量較高(>3.5%)的鋁-鎂合金，在室溫下長期存放時，易產(chǎn)生"時效軟化"現(xiàn)象。一般采用短時間加熱的穩(wěn)定化處理方法消除這一現(xiàn)象。對于含Er的Al-Mg-Mn合金的穩(wěn)定化退火工藝又表現(xiàn)出其自身的特點，Er的添加能改善合金的組織，對穩(wěn)定化退火過程中P相的分布和形狀產(chǎn)生影響，從而影響合金的力學性能、耐腐蝕性能；因此，對于添加稀土元素Er的鋁-鎂-錳合金冷軋板確定穩(wěn)定化制度時，應(yīng)對冷變形程度、熱處理溫度等因素進行綜合考慮，使顯微組織中的析出物呈細小顆粒狀均勻地分布于晶內(nèi)和晶界上，使得合金具有較好的強塑性結(jié)合的同時具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。國內(nèi)外學者對鋁合金的熱處理工藝研究較多，對于5A02、5A03、5A05、5A06等原蘇聯(lián)體系鋁合金的熱處理工藝比較成熟。5052、5754、5083等比較常見的狀態(tài)是H2n、H3n工藝研究較多，但是對于添加了微量稀土元素鉺的鋁-鎂-錳變形鋁合金合金熱處理工藝鮮見報道，尤其H321、H116等狀態(tài)的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種針對變形后的含鉺的鋁-鎂-錳系變形鋁合金的熱處理工藝，經(jīng)穩(wěn)定化退火工藝，含鉺的鋁-鎂-錳系變形鋁合金的強塑性及耐腐蝕性能得到很好的結(jié)合，使用范圍廣泛。本發(fā)明針對在Al-Mg合金中添加了微量元素Mn、Zr、Er提高組織性能穩(wěn)定性，抑制或減緩P相的沿晶沉淀和促進晶內(nèi)分解，冷變形率較大的合金冷軋板進行了穩(wěn)定化退火處理，對材料進行了不同退火溫度，不同退火時間的優(yōu)化，本發(fā)明是對添加了微量稀土元素的變形量較大的合金冷軋板適宜的穩(wěn)定化退火工藝。本發(fā)明提供的含鉺的鋁-鎂-錳系變形鋁合金的熱處理工藝，包括以下步驟1)熔煉含鉺的鋁-鎂-錳系合金，合金由A1，Mg，Mn，Zr，Er組成，其各組分質(zhì)量百分含量為Mg:3.55.5%;Mn:0.3~1%;Zr:0.05-1.5%;Er:0.01~1%;不可避免雜質(zhì)《0.5%，余量為A1;將合金澆鑄成合金鑄錠；2)將合金鑄錠均勻化退火，先于280'C保溫8h，在于47(TC保溫10h;3)將均勻化退火后的合金直接進行熱軋，始終沿寬方向軋制，約4-20mm/道次，多道次；根據(jù)熱軋情況中間可再次退火，中間退火溫度為47(TC，保溫lh;4)熱軋板經(jīng)過約0.5lmm/道次，多道次，冷軋成薄板；5)將冷軋板進行穩(wěn)定化退火，于100-400TM呆溫148h后，空冷至室溫；其中，優(yōu)選將冷軋板于12525(TC保溫18h后，空冷至室溫。本發(fā)明的優(yōu)點是1、試驗合金為稀土微合金化的鋁-鎂-錳系合金冷軋板。各種微量元素在合金中都將起到各自積極的作用。Er在Al-Mg合金中，能明顯細化該合金的鑄態(tài)組織，通過在凝固過程中形成的初生AbEr相，作為非均質(zhì)形核的核心，提高形核率，細化鑄態(tài)組織。半連續(xù)鑄造的合金鑄錠，部分Er溶入基體形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體，在凝固降溫及隨后的工藝加熱過程中又以細小的次生Al3Er相的形式析出。初生Al3Er相可明顯細化原始鑄態(tài)晶粒，而且細小的次生Al3Er相也可有效抑制再結(jié)晶晶粒的形核和長大，因此使得合金再結(jié)晶晶粒明顯細化。適量的Er的添加可以增強合金的抗拉強度和屈服強度而延伸率基本保持不變，而且可以凈化除雜，提高合金的耐腐蝕性能。合金中的Mn部分固溶于基體，其余以MnAl6相的形式存在于組織中。Mn可以提高合金的再結(jié)晶溫度，阻礙晶粒粗化，并使合金強度略有提高，尤其對屈服強度更明顯。在高Mg合金中，添加Mn可以使Mg在基體中的溶解度降低，減少焊縫裂紋傾向，提高焊縫和基體金屬的強度。Zr和Al結(jié)合形成Al3Zr金屬間化合物，這種金屬間化合物有兩種結(jié)構(gòu)和形態(tài)從熔體中直接析出的Al3Zr為四方結(jié)構(gòu)，可顯著細化合金的鑄態(tài)晶粒；另一種是鑄錠均勻化過程中析出的球形粒子，具有Ll2結(jié)構(gòu)，與基體共格，具有強烈抑制熱加工過程中再結(jié)晶的作用。含量較高時，則是通過包晶反應(yīng)形成以(A1)和殘留Al3Zr為形核核心，細化合金晶粒。此外，含Zr合金淬火敏感性不強，合金的淬透性提高。總的來說，微量Zr可提高合金的強度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。2、冷變形的鋁-鎂合金自由能升高而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，Mg含量較高的鋁-鎂合金，在室溫下長期存放時，易產(chǎn)生"時效軟化"現(xiàn)象。采用低溫短時間加熱的穩(wěn)定化處理可消除這一現(xiàn)象，確定穩(wěn)定化制度時，應(yīng)對冷變形程度、熱處理溫度等因素進行綜合考慮，使顯微組織中的析出物呈細小顆粒狀均勻地分布于晶內(nèi)和晶界上。穩(wěn)定化處理后的材料力學性能穩(wěn)定，耐應(yīng)力腐蝕性能良好。鋁-鎂-錳系鋁合金的耐腐蝕性能良好，在工業(yè)區(qū)和海洋暴露中均有較高的耐蝕性。合金的耐蝕性與P(Mg2Al3)相的析出和分布有關(guān)，因為P相的標準電位為-1.24V，相對于a(Al)固溶體是陰極區(qū)，在電解質(zhì)中它首先被溶解。若P相沿晶界析出而形成網(wǎng)膜時，則合金的耐蝕性降低。含Mg量較低的5005、5052、5A02、5A03等合金，基本是單相固溶體和析出少量、分散的P相，故合金的耐蝕性很高。Mg含量超過4.5Q/。的鋁-鎂合金，0相的數(shù)量增多，生產(chǎn)工藝、熱處理條件及使用過程中的受熱情況，均能影響e相的析出和分布，影響合金的耐蝕性。3、本發(fā)明的含Er的鋁-鎂-錳系變形鋁合金的穩(wěn)定化退火工藝，增強了第二相強化和彌散強化的作用，合金中e(Mg2Al3)相的析出和分布更有利于合金的耐腐蝕性能，經(jīng)過本發(fā)明熱處理工藝處理的含鉺的鋁-鎂-錳系變形鋁合金冷軋板，其力學性能與傳統(tǒng)工藝相比，可以得到更好的強度，塑性和耐腐蝕性能的結(jié)合。材料在滿足傳統(tǒng)工藝條件下合金的力學性能的基礎(chǔ)上，提高了合金的耐腐蝕性能，有利于該材料的工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明所涉及的鋁-鎂-錳系鋁合金冷軋板成型后，需要進一步的穩(wěn)定化退火工藝，以消除合金的"時效軟化"現(xiàn)象，使合金長時間使用的情況下的力學性能和耐腐蝕性能穩(wěn)定.采用本發(fā)明所述的鋁-鎂-錳系鋁合金冷軋板的穩(wěn)定化退火工藝，在保證合金力學性能的同時，提高了合金的耐腐蝕性能。經(jīng)過處理后的冷軋板可以長時間大范圍的使用。圖1Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板125、175、225、275、325、375。C穩(wěn)定化退火下的力學性能曲線；圖2Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板225-C穩(wěn)定化退火下不同保溫時間下的力學性能曲線；圖3Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板125、175、225、275、325、375。C穩(wěn)定化退火下在3.5mol/lNaCl溶液中的塔費爾(Tafel)曲線；圖4Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板225。C穩(wěn)定化退火下不同保溫時間下在3.5mol/lNaCl溶液中的Tafel曲線；圖5(a)Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板的透射電鏡照片圖5(b)Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板225°C/2h穩(wěn)定化退火的透射電鏡照片圖5(c)Al-Mg-Mn-Zr-Er合金冷軋板325°C/2h穩(wěn)定化退火的透射電鏡照片具體實施方式下面結(jié)合附圖及具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解的是，這些實施例是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對本發(fā)明制備方法的改進，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。實施例l1)熔煉含鉺的鋁-鎂-錳系合金，各組分質(zhì)量百分含量為Mg4.7%;MnO.71%;ZrO.11%;ErO.31%;不可避免雜質(zhì)《0.2%，余量為Al;將合金澆鑄成合金鑄錠；2)將合金鑄錠均勻化退火，先于28(TC保溫8h，在于470'C保溫10h;3)將均勻化退火后的合金直接進行熱軋，始終沿寬方向軋制，約4-20mm/道次，多道次；根據(jù)熱軋情況中間可再次退火，中間退火溫度為470。C，保溫lh;4)熱軋板經(jīng)過約0.5lmm/道次，多道次，冷軋至1.5mm;5)將冷軋板進行穩(wěn)定化退火，于125375'C保溫2h后，空冷至室溫。共進行了6組實驗，取在不同退火溫度下的合金樣品，對其力學性能及耐腐蝕性能進行測試，結(jié)果如表l。所述力學性能是指金屬材料的抗拉強度、屈服強度和延伸率。合金的耐腐蝕性能是指用材料的電化學性能來表示的合金的腐蝕速率。表1Al-4.7Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金在不同退火溫度下保溫2h后的力學性能值及其Tafel曲線測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例21~4)步同實施例1;5)將冷軋板進行穩(wěn)定化退火，于225"C退火，保溫2h后，空冷至室溫。將冷軋板在225"C的溫度下進行穩(wěn)定化退火，共進行了7組實驗，保溫時間分別為l，2，4,10，24，48小時，并空冷至室溫。取不同退火時間的合金樣品，對其力學性能及耐腐蝕性能進行測試，結(jié)果如表2。表2Al-4.7Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金在225。C退火不同退火時間的力學性能值及Tafd曲線測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表1和表2的結(jié)果可知，對Al-4.7Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金的1.5mm冷軋板進行125375'C的穩(wěn)定化退火處理，合金在225。C退火下得到了較好的強塑性結(jié)合，合金的抗拉強度和屈服強度分別在370Mpa和300Mpa以上，延伸率17%以上。根據(jù)圖3冷軋板的Tafel曲線測試結(jié)果可知，合金在225'C退火時合金具有較好的耐腐蝕性能，在225'C不同時間下退火處理(圖4)，合金在保溫4h下具有最好的耐腐蝕性能.根據(jù)合金的力學性能和耐腐蝕性能的測試結(jié)果，可以得出最佳的含Er的5083冷軋板的穩(wěn)定化退火工藝條件是:將冷軋板進行225。C穩(wěn)定化退火處理，保溫時間為4h，空冷至室溫。進一步研究表明，上述穩(wěn)定化退火工藝能夠得到很好的強塑性結(jié)合的同時，具有較好的耐腐蝕性能的原因是由圖5(a)5(b)的冷軋態(tài)及225"C下退火的透射電鏡照片可知，合金中存在大量位錯，同時還有A13Er,A16Mn等強化相，225'C下合金中出現(xiàn)亞晶組織，275i:退火態(tài)下，合金中位錯密度明顯減小，同時出現(xiàn)大量不同形狀的A13Mg2，325"C退火下(圖5(c))，A13Mg2(P相)在晶內(nèi)晶界彌散析出并球化。冷變形引起的大量位錯和空位是促進P相在晶粒內(nèi)部成核和長大的重要因素。經(jīng)充分冷作的高鎂含量的A1-Mg合金，在較低的溫度下退火，位錯分布雖不能發(fā)生明顯的改變，但Mg原子卻能沿著條條通向晶界的位錯向晶界擴散，沿晶形成極薄的P相網(wǎng)膜(125。C)，此時剝落腐蝕非常嚴重(125'C，175°C)，如在225。C以上退火，位錯能在極短時間內(nèi)移動到亞晶界上，P相優(yōu)先在亞晶界與晶界的交切點上沉淀，隨后鎂原子再不斷沿著亞晶界向晶界傳輸，結(jié)果使時目變成粗大的顆粒分布于晶界上，另外亞晶界的交叉點也是P相的優(yōu)先沉淀點，故晶粒內(nèi)部也會形成均勻分布的P相點狀顆粒(225。C)，隨著退火溫度的提高，P相在晶內(nèi)的析出、沉淀愈均勻，在31(TC-33(TC時形成最均勻的多相組織(325。C)，此時，球狀的e相在晶界和晶內(nèi)呈彌散分布，從而耐蝕性提高，只出現(xiàn)輕微點蝕(325。C)，隨著溫度的繼續(xù)升高(375。C)，0相逐漸溶解。權(quán)利要求1、一種含鉺的鋁-鎂-錳變形鋁合金的熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟1)熔煉含鉺的鋁-鎂-錳系合金，合金由Al，Mg，Mn，Zr，Er組成，其各組分質(zhì)量百分含量為Mg3.5～5.5％；Mn0.3～1％；Zr0.05～1.5％；Er0.01～1％；不可避免雜質(zhì)≤0.5％，余量為Al；將合金澆鑄成合金鑄錠；2)將合金鑄錠均勻化退火，先于280℃保溫8h，在于470℃保溫10h；3)將均勻化退火后的合金直接進行熱軋，始終沿寬方向軋制，約4-20mm/道次，多道次；根據(jù)熱軋情況中間可再次退火，中間退火溫度為470℃，保溫1h；4)熱軋板經(jīng)過約0.5～1mm/道次，多道次，冷軋成薄板；5)將冷軋板進行穩(wěn)定化退火，于100～400℃保溫1～48h后，空冷至室溫。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉺的鋁-鎂-錳變形鋁合金的熱處理工藝，其特征在于，所述冷軋板于12525(TC保溫18h后，空冷至室溫。全文摘要含鉺的鋁-鎂-錳變形鋁合金的熱處理工藝，屬于(金屬合金)領(lǐng)域?，F(xiàn)有的鋁合金熱處理工藝存在長時間使用后強度下降，耐腐蝕性能降低等問題。本發(fā)明的目的在于提供一種針對含鉺的鋁-鎂-錳系冷軋薄板的熱處理工藝，該熱處理工藝方法是通過均勻化退火、熱軋、冷軋、穩(wěn)定化退火等工藝步驟實現(xiàn)的。所述的穩(wěn)定化退火工藝，將冷軋薄板在100～400℃的溫度退火，保溫1～48h；優(yōu)選退火溫度為125～250℃，保溫1～8h。本發(fā)明熱處理工藝，含鉺的鋁-鎂-錳冷軋薄板的強塑性保持在較高的水平的同時，合金獲得較優(yōu)異的耐腐蝕性能，經(jīng)過處理后的合金可以長時間使用而其性能基本保持不變，使用范圍廣泛。文檔編號C22F1/04GK101403080SQ20081022673公開日2009年4月8日申請日期2008年11月21日優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日發(fā)明者張志軍,林雙平,王旭東,聶祚仁,暉黃申請人:北京工業(yè)大學