[发明专利]钪、锆和锶复合微合金化的6013型铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其是一种新型6000系铝合金及其制备方法，具体地说是一种钪、锆和锶复合微合金化的6013型铝合金及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，高端铝合金的需求量大增。我国大飞机项目启动、轨道交通进入发展期。6000系的6013铝合金是综合性能好的铝合金，它具有中等的强度、良好的成形性(熔铸性能、塑性成形性、焊接性)和抗腐蚀性，与6061铝合金相比，其强度、硬度高出15％以上且具有类似的抗腐蚀性和焊接性。当今世界上最先进的民用大型飞机A380的机身下壁板全部采用了6013铝合金的焊接整体壁板，减少了铆钉的应用，降低了成本。6013铝合金的良好的综合性能使其在轨道交通领域等许多领域也具有很好的应用前景，我国轨道交通的轻量化、高速化迫切需要更为先进的强度高、挤压性能好、焊接性好的铝合金。

众所周知，合金化及微合金化是提高铝合金组织和性能的有效手段。从6013铝合金的成分(镁(Mg)0.8～1.2，硅(Si)0.6～1.0，铜(Cu)0.6～1.1，锰(Mn)0.2～0.8，铁(Fe)0.5，余量为铝和杂质元素)来看，该合金尚未进行微合金化。向铝合金中加入微量钪(Sc)，能阻碍再结晶和晶粒长大，在加微量钪的基础上加入微量锆(Zr)，则能形成比Al₃Sc尺寸更小、与基体的共格性更好的三元共格复合相Al₃(Sc_1-x，Zr_x)，使Sc的微合金化作用倍增。而加入微量锶(Sr)则具有有效净化熔体、去除杂质、细化组织等作用，对对Sc、Zr的烧损也起到保护作用。

但是，到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的6013型铝合金可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。

发明内容

本发明的目的是在6013合金主成分的基础上，通过调整合金的主合金化元素并微量添加钪、锆和锶元素，提供一种添加有微量元素钪、锆和锶复合微合金化的6013型铝合金铝合金及其制备方法，满足航空航天、武器装备、轨道交通等领域的需求。

本发明的技术方案之一是：

一种钪、锆和锶复合微合金化的6013铝合金，其特征在于：它主要由铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)和锆(Zr)组成，其中，镁(Mg)的质量百分比为1.05～1.29％，硅(Si)的质量百分比为0.9～1.18％，铜(Cu)的质量百分比为0.762～1.053％，锰(Mn)的质量百分比为0.435～0.662％，锌(Zn)的质量百分比为0.0902～0.117％，锆(Zr)的质量百分比为0.108～0.130％，锶(Sr)的质量百分比为0.0116～0.0379％，钪(Sc)的质量百分比为0.045～0.078％，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100％。

本发明的技术方案之二是：

一种钪、锆和锶复合微合金化的6013型铝合金的制备方法，其特征是：

首先，将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、纯Zn、纯Mg，待其熔化后加入六氯乙烷精炼，静置保温5～10min后去渣并浇铸成锭；

其次，对浇铸成锭的合金进行后处理；即可获得钪、锆和锶复合微合金化的6013型铝合金。

所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Si中间合金中Si的质量百分比为10.21％，Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02％，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％，Al-Sc中间合金中Sc的质量百分比为2.0％。

所述的浇铸成锭合金的后处理其最佳工艺为470～490℃×24h退火、500～520℃预热后的锻压加工、至少一次560～570℃×2～4h固溶处理和151℃×8h+191℃×8h连续两次的时效处理。

所述的钪、锆和锶微合金化，其目的在于阻碍再结晶和晶粒长大，净化熔体、减轻杂质的危害、细化组织。

本发明的有益效果是：

(1)本发明铝合金具有硬度高、抗腐蚀性好等特点。如本发明铝合金的硬度为150.0～159.1HV，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀抗力不低于四级，按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)其抗剥落腐蚀性能处于PA级。