本發(fā)明屬于鋁合金
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是涉及一種交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著交通運(yùn)輸工具輕量化的發(fā)展，汽車(chē)、掛車(chē)、軌道車(chē)輛等交通工具的保險(xiǎn)桿、防撞梁、車(chē)廂、車(chē)體、枕梁、橫梁等結(jié)構(gòu)件都迫切需要采用高強(qiáng)度、耐腐蝕、焊接性能優(yōu)良的鋁合金來(lái)替代現(xiàn)有的鋼鐵材料，以達(dá)到車(chē)身結(jié)構(gòu)的輕量化和節(jié)能減排。6000系鋁合金屬于中等強(qiáng)度的可熱處理強(qiáng)化鋁合金，廣泛用于建筑、包裝、機(jī)械、電子等領(lǐng)域。但目前常用的6000系鋁合金，如6101、6005、6063、6061等，雖然具有良好的成形性能、耐腐蝕性能和焊接性能，但強(qiáng)度普遍較低，導(dǎo)致交通運(yùn)輸工具用鋁合金管材、型材等普遍存在壁厚較大，嚴(yán)重制約了交通運(yùn)輸工具的進(jìn)一步輕量化。因此，現(xiàn)有6000系鋁合金仍有待進(jìn)一步改進(jìn)，迫切需要開(kāi)發(fā)出強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕和焊接性能優(yōu)良的6000系鋁合金，滿(mǎn)足汽車(chē)、掛車(chē)、軌道車(chē)輛等交通運(yùn)輸工具輕量化的發(fā)展。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在問(wèn)題和不足，提供一種強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕和焊接性能優(yōu)良的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金，其特點(diǎn)是由以下成分及質(zhì)量百分比組成：mg0.9～1.2%，si0.2～0.4%，li0.1～0.3%，zr0.02～0.03%，c0.004～0.006%，re0.1～0.3%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質(zhì)量百分比為：pr21.5%，nd14.6%，pm18.1%，sm26.7%，gd19.1%。優(yōu)選的，本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：mg1.1%，si0.3%，li0.2%，zr0.025%，c0.005%，re0.2%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質(zhì)量百分比為：pr21.5%，nd14.6%，pm18.1%，sm26.7%，gd19.1%。本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在720～760℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.9～1.2%的純鎂錠、0.2～0.4%的速溶硅和1～3%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：對(duì)鋁合金液精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.4～0.6%的al5zr1c合金和0.1～0.3%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至680～720℃并靜置0.5～1小時(shí)，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在520～540℃固溶處理3～5小時(shí)，水淬后，在170～180℃時(shí)效處理8～12小時(shí)，隨爐冷卻后得到交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金的室溫抗拉強(qiáng)度大于330mpa，屈服強(qiáng)度大于290mpa，伸長(zhǎng)率大于13%，具有強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕和焊接性能優(yōu)良的特點(diǎn)，適合于制造汽車(chē)、掛車(chē)、軌道車(chē)輛等交通運(yùn)輸工具輕量化用鋁合金管材、棒材和型材，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：mg0.9～1.2%，si0.2～0.4%，li0.1～0.3%，zr0.02～0.03%，c0.004～0.006%，re0.1～0.3%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%。優(yōu)選的，所述交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金的成分及質(zhì)量百分比組成為：mg1.1%，si0.3%，li0.2%，zr0.025%，c0.005%，re0.2%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%。所述re的成分組成及質(zhì)量百分比為：pr21.5%，nd14.6%，pm18.1%，sm26.7%，gd19.1%。其中，mg和si是本發(fā)明交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金的主要合金元素，mg和si通過(guò)形成mg2si強(qiáng)化相相來(lái)增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度。mg和si的含量越高，mg2si強(qiáng)化相的數(shù)量也越多，鋁合金的強(qiáng)度也越高。但隨著合金強(qiáng)度的上升，塑性開(kāi)始下降，成形性能、耐腐蝕性能、焊接性能也開(kāi)始變壞。為了保證合金具有足夠的強(qiáng)度、塑性以及良好的耐腐蝕性能和焊接性能，因此，mg含量選擇在0.9～1.2%，si含量選擇在0.2～0.4%，優(yōu)選的，mg含量為1.1%，si含量為0.3%。li是最輕的金屬元素，在交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金中加入li，首先可以降低鋁合金的密度，提高鋁合金的比強(qiáng)度和比剛度，達(dá)到輕量化的效果。其次是li在鋁合金的時(shí)效過(guò)程中還會(huì)析出納米尺寸的al3li和al2mgli強(qiáng)化相，這些強(qiáng)化相可以釘扎位錯(cuò)、亞晶和晶界，提高鋁合金的強(qiáng)度、塑性和焊接性能。添加0.1～0.3%的li即可對(duì)鋁合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化效果，優(yōu)選的，li添加量為0.2%。zr、c是以al5zr1c合金的形式加入到鋁合金中，al5zr1c合金是由氟鋯酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應(yīng)得到，內(nèi)部含有大量的zrc粒子。al5zr1c合金是一種新型的鋁合金晶粒細(xì)化劑，發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)證明，al5zr1c合金比現(xiàn)有的al5ti1b和al5ti1c合金具有更強(qiáng)的晶粒細(xì)化能力，添加0.4～0.6%的al5zr1c合金，鋁合金中含有0.02～0.03%的zr和0.004～0.006%的c，可顯著細(xì)化鋁合金的晶粒，改善鋁合金的組織均勻性，提高鋁合金的塑性和成形性能，優(yōu)選的，al5zr1c合金添加量為0.5%，鋁合金中含有0.025%的zr和0.005%的c。re是含有pr、nd、pm、sm、gd共5種輕稀土元素的混合稀土，輕稀土元素的物理化學(xué)性質(zhì)活潑，能與鋁合金液中的氫、氧、鐵、錳、銅、鋅、鉻等雜質(zhì)元素反應(yīng)生成高熔點(diǎn)、高穩(wěn)定性的稀土化合物，對(duì)鋁合金液有深度凈化作用，可以消除雜質(zhì)元素的有害影響，同時(shí)稀土元素還有固溶強(qiáng)化和稀土化合物第二相強(qiáng)化作用，可以進(jìn)一步提高鋁合金的強(qiáng)度、耐腐蝕性能和焊接性能。發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)研究表明，添加含有pr、nd、pm、sm、gd共5種輕稀土元素的混合輕稀土的效果比添加一種或少數(shù)幾種輕稀土元素的效果都更好，因此，選擇添加0.1～0.3%的混合輕稀土，優(yōu)選的，混合輕稀土添加量為0.2%。本發(fā)明還提供了所述交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金的制備方法，具體包括以下步驟：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在720～760℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.9～1.2%的純鎂錠、0.2～0.4%的速溶硅和1～3%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：對(duì)鋁合金液精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.4～0.6%的al5zr1c合金和0.1～0.3%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至680～720℃并靜置0.5～1小時(shí)，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在520～540℃固溶處理3～5小時(shí)，水淬后，在170～180℃時(shí)效處理8～12小時(shí)，隨爐冷卻后得到交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金。本發(fā)明的制備方法，選用工業(yè)純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作為原材料，通過(guò)優(yōu)化mg、si主合金元素的含量，添加al10li合金進(jìn)行微合金強(qiáng)化，經(jīng)精煉除氣、除渣后，再加入al5zr1c合金和混合輕稀土re，能夠充分發(fā)揮al5zr1c合金和混合輕稀土re對(duì)鋁合金液的晶粒細(xì)化和深度凈化作用，確保本發(fā)明交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金獲得高強(qiáng)度、高塑性以及優(yōu)良的成形性能、耐腐蝕性能和焊接性能。為了更詳盡的描述本發(fā)明交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金及制備方法，以下列舉幾個(gè)實(shí)施例作更進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1：本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：mg0.9%，si0.2%，li0.1%，zr0.02%，c0.004%，re0.1%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質(zhì)量百分比為：pr21.5%，nd14.6%，pm18.1%，sm26.7%，gd19.1%。制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在720℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為0.9%的純鎂錠、0.2%的速溶硅和1%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對(duì)鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.4%的al5zr1c合金和0.1%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至680℃并靜置1小時(shí)，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在520℃固溶處理5小時(shí)，水淬后，在180℃時(shí)效處理8小時(shí)，隨爐冷卻后得到交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金。實(shí)施例2：本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：mg1.1%，si0.3%，li0.2%，zr0.025%，c0.005%，re0.2%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質(zhì)量百分比為：pr21.5%，nd14.6%，pm18.1%，sm26.7%，gd19.1%。制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在740℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為1.1%的純鎂錠、0.3%的速溶硅和2%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對(duì)鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.5%的al5zr1c合金和0.2%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至700℃并靜置0.8小時(shí)，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在530℃固溶處理4小時(shí)，水淬后，在175℃時(shí)效處理10小時(shí)，隨爐冷卻后得到交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金。實(shí)施例3：本發(fā)明所述的交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金，由以下成分及質(zhì)量百分比組成：mg1.2%，si0.4%，li0.3%，zr0.03%，c0.006%，re0.3%，fe≤0.15%，mn≤0.1%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%，其中所述re的成分組成及質(zhì)量百分比為：pr21.5%，nd14.6%，pm18.1%，sm26.7%，gd19.1%。制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業(yè)純鋁錠、純鎂錠、速溶硅、al10li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作為原材料；第二步：將純鋁錠在760℃加熱熔化，并加入占原材料總重量為1.2%的純鎂錠、0.4%的速溶硅和3%的al10li合金，攪拌熔化成鋁合金液；第三步：用六氯乙烷對(duì)鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣后，再加入占原材料總重量為0.6%的al5zr1c合金和0.3%的混合稀土re，攪拌使鋁合金液的成分均勻；第四步：將鋁合金液降溫至720℃并靜置0.5小時(shí)，然后鑄造成鋁合金；第五步：將鋁合金在540℃固溶處理3小時(shí)，水淬后，在17℃時(shí)效處理12小時(shí)，隨爐冷卻后得到交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金。按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t16865-2013，將實(shí)施例1-3交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在dns200型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸，拉伸速率為2毫米/分鐘，拉伸力學(xué)性能如表1所示。表1實(shí)施例1-3交通工具用高強(qiáng)韌鋁合金的拉伸力學(xué)性能實(shí)施例序號(hào)抗拉強(qiáng)度/mpa屈服強(qiáng)度/mpa伸長(zhǎng)率/%實(shí)施例1331.7295.117.5實(shí)施例2354.2311.815.4實(shí)施例3368.5336.413.7由表1的檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，本發(fā)明al-mg-si系鋁合金的室溫抗拉強(qiáng)度大于330mpa，屈服強(qiáng)度大于290mpa，伸長(zhǎng)率大于13%，具有強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕和焊接性能優(yōu)良的特點(diǎn)，適合于制造汽車(chē)、掛車(chē)、軌道車(chē)輛等交通運(yùn)輸工具輕量化用鋁合金管材、棒材和型材，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本發(fā)明是通過(guò)實(shí)施例來(lái)描述的，但并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變化，如對(duì)于本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12