[发明专利]一种高强高韧抗冲击吸能Al-Mg-Si合金

说明书

本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种高强高韧抗冲击吸能Al‑Mg‑Si合金。本发明Al‑Mg‑Si合金按质量百分比计包括Mg0.40～1.00％、Si0.50～0.90％、Mn≤0.60％、Cr≤0.30％、Fe≤0.25％、Al 96.8～99.1％，其中，Si_free＝Si‑0.3×(Mn+Fe+Cr)，Mg/Si_free质量比为0.72‑1.40，且Mg+2Si_free质量百分比为1.40％～2.40％。本发明提供的铝合金不仅具有优异的常规力学性能，同时拥有良好的弯曲韧性，还具有突出的压溃与抗冲击吸能性能。

技术领域

本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种高强高韧抗冲击吸能Al-Mg-Si合金。

背景技术

随着人类经济社会的不断高速发展，能源问题、环境问题不断涌现，绿色低碳环保可持续发展成为了当今社会的发展方向。机动车耗油量在原油总消费量中占有相当比重，快速发展的汽车工业不仅对我国的石油供应提出了巨大挑战，同时汽车尾气的排放也对环境带来了前所未有的压力。节能减排是汽车产业转型升级的关键，而轻量化是实现节能减排的一项重要手段。

Al-Mg-Si合金属于可热处理强化铝合金，具有比强度高，成形性良好和耐腐蚀优异以及可焊性高等优点，是实现汽车轻量化的重要材料，目前在（汽车车身）结构件上得到了广泛应用，如：车身覆盖件、发动机活塞、防撞梁及保险杆等。但不同部件其服役的情况各不相同，除了提高材料的常规力学性能外，还需针对部件的不同服役条件，提高其对应服役条件下的相关性能，例如新能源汽车电池托盘和汽车防撞梁等关键安全结构件，在服役条件下可能会受到外界的猛烈碰撞而破碎，甚至带来严重的人员与财产损失。因而，对此类工况条件下使用的铝合金，其抗冲击吸能性能尤为重要。

目前，工业生产中主要的关注点仍集中在铝合金的强度，对铝合金的抗冲击吸能性能鲜有研究。中国专利CN109504870B虽然提供了一种轻量化汽车防撞梁用铝合金，但通过直接熔体反应技术结合超声磁耦合场技术对合成反应过程和凝固过程进行调控，得到原位纳米颗粒分布均匀的复合材料，再通过热挤压成形和热处理，制备过程较为复杂，且难度大、成本高，不适合广泛应用。且研究发现材料的抗冲击性能不仅与材料的强度相关，而且与其塑性、韧性紧密相关，此外，材料的微观组织对其抗冲击吸能性能也至关重要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种在保证合金强度、耐蚀性能、热稳定性的前提下，又具有高弯曲韧性、冲击韧性、压溃性能、吸能能力的Al-Mg-Si合金。

本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施：一种高强高韧抗冲击吸能Al-Mg-Si合金，所述Al-Mg-Si合金按质量百分比计包括Mg0.40~1.00%、Si0.50~0.90%、Mn≤0.60%、Cr≤0.30%、Fe≤0.25%、Al 96.8~99.1%，其中，Sifree=Si-0.3×(Mn+Fe+Cr)，Mg/Sifree质量比为0.72-1.40，且Mg+2Sifree质量百分比为1.40%~2.40%。

Mg和Si为6xxx合金的主要添加元素，在时效过程中相互作用析出GP区、β’’、β’和β相等第二相粒子，强化基体。根据最新研究Al-Mg-Si合金在时效过程中的析出相演变规律如下：过饱和固溶体→GP区→β’’→β’（B’, U1, U2）→β。其中β’’相具有最佳的强化效果，是峰值时效合金中最主要的强化析出相；β’相为过时效时合金中的主要析出相，强化效果不如β’’相；β相为平衡相，和铝基体是非共格的关系，强化效果有限。

表 1. 6xxx合金中析出相的信息。

在6xxx合金成分设计中常常把β（Mg2Si）相认为是合金中的主要强化析出相，从而以Mg/Si原子比=2:1作为Mg、Si配比设计的原则，这是一个误区。