一种超高强韧性铝-镁系合金及其管材的旋压方法

摘要

本发明公开了一种超高强韧性的铝‑镁系合金，包括以下质量百分比的成分：Mg：7~13%、Mn：0~1.0%、Cr：0~0.5%、Sc：0~0.35%、Zr：0~0.3%、Ti：0.005~0.2%、Be：0.0001~0.01%。本发明还公开了一种超高强韧性的铝‑镁系合金管材的旋压方法，包括以下步骤：S0：通过旋转结晶法制备空心铸锭，并对空心铸锭进行机加工；S1：对S1中制得的空心铸锭进行Mg的固溶；S2：采用热旋压工艺及热旋道次间的中间退火处理空心铸锭；S3：进行冷变形处理之前的机加工，保证坯锭的表面精度；S4：以冷旋压变形或冷拉拔变形的方式对热旋压管坯进行冷塑性变形；S5：根据需求采取对应的退火工艺和矫形处理。本发明解决了传统铝‑镁系合金强度不够和难以塑性变形的难题，在提高了铝‑镁系合金强度的同时提高其塑性。

权利要求

1.一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其特征是，包括以下步骤：S1：双级固溶热处理，将空心铸锭在温度为350 420℃下，保温10 36h，而后升高温度至~ ~

580 630℃，保温10 24h，然后将空心铸锭进行淬火处理，其中空心铸锭所用铝-镁系合金，~ ~包括以下质量百分比的成分：Mg：7 13%、Mn：0 1.0%、Cr：0 0.5%、Sc：0 0.35%、Zr：0 0.3%、~ ~ ~ ~ ~Ti：0.005 0.2%、Be：0.0001 0.01%，剩余部分由铝及其不可避免的杂质元素组成；

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S2：热旋压：将S1中得到的空心铸锭在350 420℃下保温30min 1h，进行热旋压变形，每~ ~道次热旋压的变形量为15 35%，道次间进行30min 1h、350 420℃的中间退火处理，而后得~ ~ ~到热旋管坯；

S3：热旋管坯的热处理：将步骤S2中得到的热旋管坯在温度为500±20℃下保温30min~

1.5h，随后空冷至室温；

S4：机加工：对热旋管坯的内外侧表面进行机加工处理；

S5：管坯的冷变形：将机加工后的管坯进行冷变形处理，得到超高强韧性的铝-镁系合金管材。

2.根据权利要求1所述的一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其特征是，S1中的空心铸锭的制备方法为：将铝-镁系合金通过旋转结晶所得空心坯料经内外侧和两端面机加工而得到。

3.根据权利要求1所述的一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其特征是，所述S1中空心铸锭的冷却方式为水淬。

4.根据权利要求1所述的一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其特征是，所述S2中热旋压变形的总变形量为60 85%。

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5.根据权利要求1所述的一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其特征是，所述S5中的冷变形是指冷拉拔变形，冷拉拔的拉伸速率为1 10m/min，每一模道次加工率为~

5 25%。

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6.根据权利要求1所述的一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其特征是：所述S5中的冷变形是指冷旋压变形，旋压速度为50 500r/min，冷旋压变形的累计变形量为~

5 15%。

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说明书

一种超高强韧性铝-镁系合金及其管材的旋压方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铝合金加工领域，具体涉及一种超高强韧性铝-镁系合金及其管材的旋压方法。

背景技术

[0002] 铝-镁系合金是一种在铝合金中加入金属镁的合金，是一种不可热处理强化的铝合金，具有比强度高、焊接性好和耐腐蚀性好等优点，被广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、轨道交通以及消费电子等领域。工业上现有的铝-镁系合金中镁元素的添加量一般不超过7％，且该系合金属于中等强度合金，强度范围一般是380～420MPa。目前高镁含量的铝-镁合金的塑性变形比较困难，容易发生开裂、脆断等，还不能应用到实际生产当中。

发明内容

[0003] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种超高强韧性铝-镁系合金，其优点是：含镁量高，制得的铝-镁系合金的强度较高，同时塑性变形较为容易。

[0004] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0005] 一种超高强韧性的铝-镁系合金，包括以下质量百分比的成分：

[0006] Mg：7～13％；Mn：0～1.0％；Cr：0～0.5％；Sc：0～0.35％；Zr：0～0.3％；Ti：0.005～0.2％；Be：0.0001～0.01％；剩余部分由铝及其不可避免的杂质元素组成。

[0007] 本发明的目的之二在于提供一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，其优点是：在制备过程中，合金的塑性变形较为容易，可以满足生产与生活中对高强度铝-镁系合金管材的需求。

[0008] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0009] 一种超高强韧性的铝-镁系合金管材的旋压方法，包括以下步骤：

[0010] S1：固溶热处理，将上述铝-镁系合金成分制成的空心铸锭在温度为350～420℃下，保温10～36h，而后升高温度至580～630℃，保温10～24h，然后将空心铸锭进行淬火处理；

[0011] S2：热旋压工艺：将旋压机芯轴预热温度设定为260±10℃，将S1中得到的空心铸锭在350～420℃下保温30min～1h，进行热旋压变形，每道次热旋压的变形量为15～35％，道次间进行30min～1h、350～420℃的中间退火处理，得到热旋管坯；

[0012] S3：热旋管坯的热处理：将步骤S2中得到的热旋管坯在温度为500±20℃下保温30min～1.5h，随后在空气中冷却至室温；

[0013] S4：机加工：将热旋管坯的内外侧面进行机加工处理；

[0014] S5：管坯的冷变形：将机加工后的管坯进行冷变形处理，得到超高强韧性的铝镁系合金管材。

[0015] 通过上述技术方案，首先可以获得显微组织细小、无缩松与热裂缺陷的高镁含量的管型铸坯，其次通过双级固溶处理可以使高镁含量的铸坯成分分布更均匀，最后通过热旋压可以减薄铸坯壁厚、通过进一步的冷变形可以提高力学性能。

[0016] 本发明进一步设置为：S1中的空心铸锭的制备方法为：将权利要求1～2中任一所述的铝-镁系合金的元素经旋转结晶得到空心坯料，空心坯料的内外侧和两端面经机加工而得到。

[0017] 本发明进一步设置为：所述S1中空心铸锭的冷却方式为水淬。

[0018] 本发明进一步设置为：所述S2中热旋压总变形量为60～85％。

[0019] 本发明进一步设置为：所述S5中的冷变形系指冷拉拔变形，冷拉拔的拉伸速率1～10m/min，每一模道次加工率为5～25％。

[0020] 本发明进一步设置为：所述S5中的冷变形系指冷旋压变形，冷旋累计变形量为5～15％。

[0021] 综上所述，本发明具有以下有益效果：

[0022] 通过提高合金中镁的含量以及针对此合金制造管材的旋压制备方法，可以提供一种超高强韧性铝-镁系合金管材，在提高了管材强度的同时还提高了塑性，管材生产过程中不容易发生开裂、脆断等情况，能满足生产与生活中对高强度铝-镁系合金管材的需求。

具体实施方式

[0023] 实施例1

[0024] 一种超高强韧性的铝-镁系合金，包括以下质量百分比的成分：

[0025] Mg：7％、Mn：0.6％、Sc：0.15％、Ti：0.1％、Be：0.005％，其余的为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素为Fe≤0.1％和Si≤0.05％。

[0026] 实施例2

[0027] 一种超高强韧性的铝-镁系合金，包括以下质量百分比的成分：

[0028] Mg：12％、Mn：0.4％、Zr：0.2％、Ti：0.1％、Be：0.005％，其余的为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素为Fe≤0.1％和Si≤0.05％。

[0029] 实施例3

[0030] 一种铝-镁系合金管材的旋压方法，包括以下步骤：

[0031] S0：将实施例1中的合金通过旋转结晶法制备空心铸锭，具体操作如下：

[0032] 将合金熔体加入到旋转铸造机中，调节重力系数G为183，经旋转结晶制备出空心坯料；

[0033] 然后将空心坯料的内侧面镗削5mm、外侧面车削5mm、两端面铣平，经机加工后制备形成空心铸锭；

[0034] S1：双级固溶热处理，将步骤S0中机加工后制得的空心铸锭放入炉温为350℃的热处理炉中、保温12h，而后升高温度至620℃、保温24h，然后将空心铸锭进行淬火处理；

[0035] S2：热旋压工艺：将旋压机芯轴预热温度设定为260±10℃，将步骤S1中得到的空心铸锭放入炉温为350℃的热处理炉中保温30min，然后进行热旋压变形，每道次热旋压的变形量为30％，道次间进行30min.、350℃的中间退火处理，热旋压的累计变形量为63％；

[0036] S3：热旋管坯的热处理：将步骤S2中得到的热旋管坯放入炉温为500±20℃的热处理炉中保温30min，随后空冷至室温；

[0037] S4：机加工：对步骤S3中的热旋管坯的内外侧面进行机加工处理，消除热旋产生的表面不平整现象；

[0038] S5：管坯的冷变形：对步骤S4中机加工后的管坯进行拉伸速率为8m/min、每一模道次加工率为25％的冷拉拔变形处理，然后经过250℃、1h的退火处理和矫形，得到目标产物。

[0039] 实施例4：

[0040] 一种铝-镁系合金管材的旋压方法，按照实施例3中的方法进行，不同之处在于：

[0041] S1：双级固溶热处理，将步骤S0中机加工制得的空心铸锭放入炉温为350℃的热处理炉中、保温10h，而后升高温度至580℃、保温10h，然后将空心铸锭进行淬火处理。

[0042] S2：热旋压工艺：热旋压变形过程中，每道次热旋压的变形量为15％，道次间进行30min.、350℃的中间退火处理，热旋压的累计变形量为63％；

[0043] S5：冷变形的拉伸速率为1m/min、每一模道次加工率为5％。

[0044] 实施例5：

[0045] 一种铝-镁系合金管材的旋压方法，按照实施例3中的方法进行，不同之处在于：

[0046] S1：固溶热处理，将步骤S0中机加工制得的空心铸锭放入炉温为385℃的热处理炉中保温23h，而后升高温度至605℃、保温17h，然后将空心铸锭进行淬火处理。

[0047] S2：热旋压工艺：将旋压机芯轴预热温度设定为260±10℃，将步骤S1中得到的空心铸锭放入炉温为385℃的热处理炉中保温45min，然后进行热旋压变形，每道次热旋压的变形量为25％，道次间进行45min.、385℃的中间退火处理，热旋压的累计变形量为63％；

[0048] S3：热旋管坯的热处理：将步骤S2中得到的热旋管坯放入炉温为500±20℃的热处理炉中保温1h，随后空冷至室温；

[0049] S5：冷变形的拉伸速率为5m/min、每一模道次加工率为15％。

[0050] 实施例6：

[0051] 一种铝-镁系合金管材的旋压方法，按照实施例3中的方法进行，不同之处在于：

[0052] S1：固溶热处理，将步骤S0中机加工制得的空心铸锭放入炉温为420℃的热处理炉中、保温36h，而后升高温度至630℃、保温24h，然后将空心铸锭进行淬火处理。

[0053] S2：热旋压工艺：将旋压机芯轴预热温度设定为260±10℃，将步骤S1中得到的空心铸锭放入炉温为420℃的热处理炉中保温1h，进行热旋压变形，每道次热旋压的变形量为35％，道次间进行1h、420℃的中间退火处理，热旋压的累计变形量为63％；

[0054] S3：热旋管坯的热处理：将步骤S2中得到的热旋管坯放入炉温为500±20℃的热处理炉中保温1.5h，随后空冷至室温；

[0055] S5：冷变形的拉伸速率为10m/min、每一模道次加工率为25％。

[0056] 实施例7：

[0057] 本实施例按照实施例3的制备方法操作，不同之处在于，

[0058] S5中冷变形处理选择冷旋压变形，冷旋压变形时的转速为100r/min，冷旋压变形时的累计变形量为10％。

[0059] 实施例8

[0060] 一种铝-镁系合金管材的旋压方法，制备步骤按照实施例3的方法进行，不同之处在于，

[0061] S0中，将实施例2的合金熔体通过旋转结晶法制备空心坯料，旋转结晶时的重力系数G为90；

[0062] S1中，空心铸锭在炉温为420℃的热处理炉中保温24h，而后升温至600℃保温24h；

[0063] S2中空心铸锭放入炉温为420℃的热处理炉中保温1h，进行热旋压变形，每道次热旋压的变形量为23％，道次间进行1h.、420℃的中间退火处理，热旋压的累计变形量为85％；

[0064] S3中热旋管坯放入炉温为500±20℃的热处理炉中保温1h；

[0065] S5中冷变形处理选择冷旋压变形，冷旋压变形时的转速为300r/min，累计变形量为15％。

[0066] 性能测试：

[0067] 对超高强韧性的铝-镁系合金管材的性能测试结果如下：

[0068] 性能参数 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8抗拉强度/MPa 450 480 520 580 460 600
屈服强度/MPa 380 400 440 500 390 520
断后伸长率(％) 30 17 15 12 28 10

[0069] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。