本發(fā)明涉及一種高鎂Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金冷軋板材的穩(wěn)定化工藝，屬于有色金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在鋁合金系列中Al-Mg系合金是熱處理不可強(qiáng)化合金，應(yīng)用較廣，具有中等強(qiáng)度，耐蝕性、加工性能和焊接性能好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在航空、航天和航海領(lǐng)域，一般在退火、冷作硬化加穩(wěn)定化處理狀態(tài)下使用。5xxx鋁合金的主要合金成分是Mg，Mg在鋁基體中有著非常強(qiáng)大的固溶強(qiáng)化作用。鋁基體中鎂釘扎位錯導(dǎo)致位錯的滑移和攀移激活能提高，隨著Mg含量提高，合金強(qiáng)度提高、塑性下降。過飽和的Mg在鋁基體中偏聚形成電化學(xué)性質(zhì)活波的Al₃Mg₂相，通常分布在晶界和位錯處，增加了合金的腐蝕敏感性，雖然合金中Mg的溶解度隨溫度降低而迅速減少，但由于析出相形核困難，核心少，析出顆粒大，因而合金的時效強(qiáng)化效果差。Al-Mg合金一般在退火、冷作硬化加穩(wěn)定化處理狀態(tài)下使用。在該系合金中通常加入Mn來提高強(qiáng)度，通過Al₆Mn化合物彌散質(zhì)點(diǎn)，阻止再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒，Mn的另一作用是能溶解雜質(zhì)Fe，形成Al₆(Fe,Mn)相，減少Fe的有害影響。Er和Zr復(fù)合添加到Al-Mg合金中，由于Er和Zr能相互降低活度、增加固溶度，因此，有利于Er在鋁合金中的微合金化；同時，Er和Zr相互之間能夠發(fā)生復(fù)合微合金化作用，形成Al₃(Er,Zr)相，通過釘扎位錯和晶界大幅度提高合金的力學(xué)性能，有效抑制再結(jié)晶，提高再結(jié)晶溫度，并能增強(qiáng)合金耐蝕性、超塑性及可焊性。

對鎂含量較高的鋁合金冷軋板，若不經(jīng)過穩(wěn)定化處理，在室溫長期放置，由于基體中過飽和的Mg析出，發(fā)生自然時效軟化，不僅造成合金強(qiáng)度降低，而且由于Mg原子在晶界處的偏聚形成連續(xù)分布乃至網(wǎng)狀的β(Al₃Mg₂)相，造成合金耐晶間腐蝕性能急劇下降，在高溫時性能下降更為顯著。因此Al-Mg合金經(jīng)過微合金化，再通過適當(dāng)?shù)睦渥冃魏头€(wěn)定化處理，可以制得一種強(qiáng)度較高且穩(wěn)定，具有較好耐腐蝕性能的含Er高鎂鋁合金板材。但是對于含Er高鎂鋁合金板材的穩(wěn)定化退火工藝報(bào)道極少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種適用于高鎂Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金冷軋板材的穩(wěn)定化退火工藝。通過穩(wěn)定化處理使鋁合金板材在具有較高強(qiáng)度的同時也具有較好的耐腐蝕性能。

本發(fā)明所提供的含Er鋁合金板材穩(wěn)定化退火工藝，包括以下步驟:

1)高鎂Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金板，在460℃進(jìn)行2h退火，然后將鋁合金板熱軋，給最終成品板預(yù)留下50-70％的冷變形量，再在350℃進(jìn)行2h中間退火，退火后進(jìn)行多道次冷精軋，最終冷變形量為50-70％即變形量為預(yù)留的變形量；

2)對步驟1)所得鋁合金冷軋板進(jìn)行穩(wěn)定化退火工藝，退火溫度為260-270℃，退火時間為2-4h。

步驟1)的多道次冷精軋工藝優(yōu)選每道次壓下量控制在10-25％。

高鎂Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金成分范圍為(質(zhì)量百分比)Mg 6.1-6.5％，Mn 0.7～1.1％，Er 0.2～0.3％，Zr 0.07～0.12％，雜質(zhì)含量不超過0.5％，余量為Al。

本發(fā)明的有益效果：

Er和Zr復(fù)合添加到Al-Mg合金中,析出的Al₃(Er,Zr)粒子，能夠釘扎位錯和晶界，細(xì)化晶粒，提高了合金形變強(qiáng)化的效果。經(jīng)本發(fā)明處理后的鋁合金板材，具有穩(wěn)定且較高的強(qiáng)度，良好的耐腐蝕性能，避免了β相得連續(xù)分布，從而保證合金具有較好的力學(xué)性能的同時也具有良好的抗晶間腐蝕和剝落腐蝕性能。優(yōu)選最終穩(wěn)定化退火溫度為260℃保溫4h?？估瓘?qiáng)度高于413MPa,屈服強(qiáng)度高于269Mpa，耐晶間腐蝕，剝落腐蝕為N級。

附圖說明

圖1：Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金冷軋板顯微硬度隨退火溫度的變化曲線。

圖2：實(shí)施例2中Al-6.5Mg-1.1Mn-0.3Er-0.12Zr鋁合金冷軋板顯微硬度隨退回時間的變化曲線。

圖3：對比例中Al-5.5Mg-0.7Mn-0.1Er-0.02Zr鋁合金冷軋板顯微硬度隨退回時間的變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：

1)對質(zhì)量百分比為Mg6.50％，Mn1.10％，Er0.21％，Zr0.12％，不可避免雜質(zhì)含量＜0.5％，余量為Al的20mm厚含Er鋁鎂合金板，在460℃進(jìn)行2h退火，然后將鋁板熱軋進(jìn)行熱軋，給成品板預(yù)留下50％的冷變形量，將鋁板熱軋到8mm。

2)對步驟1)所得合金板材進(jìn)行350℃/2h中間退火。將中間退火后的鋁板進(jìn)行多道次冷精軋，每道次壓下量控制在10％-25％，冷變形量50％。

3)對步驟2)所得合金冷軋板在不同溫度下退火，退火時間為1h，空冷至室溫。測量冷軋板的顯微硬度隨退火溫度的變化，如圖1所示。由圖1的硬度變化曲線可以看出，合金的再結(jié)晶溫度為280℃。為保證合金具有較高的力學(xué)性能，在以下實(shí)例中選取280℃以下的溫度對冷軋板進(jìn)行退火處理。

對比例1：

1)對質(zhì)量百分比為；Mg5.50％，Mn0.70％，Er0.10％，Zr0.02％，不可避免雜質(zhì)含量＜0.5％，余量為Al的20mm厚含Er鋁鎂合金熱軋板，在460℃進(jìn)行2h退火，然后將鋁板熱軋進(jìn)行熱軋，給成品板預(yù)留下50％的冷變形量，將鋁板熱軋到8mm。

2)對步驟1)所得合金板材進(jìn)行350℃/2h中間退火。將中間退火后的鋁板進(jìn)行多道次冷精軋，每道次壓下量控制在10％-25％，冷變形量50％。

3)對步驟2)所得合金冷軋板在不同溫度下退火，退火時間為1h，空冷至室溫。測量冷軋板的顯微硬度隨退火溫度的變化，如圖1所示。

由圖1的硬度變化曲線可以看出，實(shí)施例1合金的再結(jié)晶溫度為280℃。對比例1合金的再結(jié)晶溫度為260℃左右。實(shí)施例1合金具有較高的熱穩(wěn)定性。為保證實(shí)施例1合金具有較高的力學(xué)性能，在以下實(shí)例中選取280℃以下的溫度對冷軋板進(jìn)行退火處理。

實(shí)施例2：

對實(shí)施例1步驟3)所得冷軋板在260℃進(jìn)行不同時間的退火處理，其他同實(shí)施例1。測得冷軋板的顯微硬度隨退火時間的顯微硬度變化，如圖2所示。

或同實(shí)施例1步驟3)中不同的是最后在270℃進(jìn)行不同時間的退火處理，其他同實(shí)施例1。

或同實(shí)施例1步驟3)中不同的是最后在280℃進(jìn)行不同時間的退火處理，其他同實(shí)施例1。

對比例2：

1)對對比例1步驟3)所得冷軋板在260℃進(jìn)行不同時間的退火處理，測得冷軋板的顯微硬度隨退火時間的顯微硬度變化，如圖3所示。

或同對比例2步驟3)中不同的是最后在270℃進(jìn)行不同時間的退火處理。

或同對比例2步驟3)中不同的是最后在280℃進(jìn)行不同時間的退火處理。

圖3給出了冷軋板分別在260℃、270℃和280℃退火處理后的顯微硬度變化曲線，從圖中可以看出，冷軋板退火1h后硬度值急劇下降，且退火4h后硬度值基本不再變化，硬度保持穩(wěn)定，還可以看出隨著退火溫度的提高合金的強(qiáng)度逐漸降低，在260℃進(jìn)行穩(wěn)定化退火具有最優(yōu)的力學(xué)性能，且在260℃退火4h后的硬度值較在280℃退火4h后的硬度值高10HV。在相同情況下優(yōu)選260℃作為退火溫度，退火時間優(yōu)選4h。結(jié)合圖2和圖3可知在相同退火條件下，實(shí)施例1具有更優(yōu)的力學(xué)性能。

實(shí)施例3：

對實(shí)施例1步驟3)所得冷軋板在260℃分別進(jìn)行1h/4h/8h的退火處理?？绽渲潦覝兀缓髮λ冒宀倪M(jìn)行拉伸性能測試，結(jié)果如表1所示。

或?qū)?shí)施例1步驟3)不同的是在270℃進(jìn)行4h的退火處理。

對比例3：

對對比例1步驟3)所得冷軋板在260℃分別進(jìn)行1h/4h/8h的退火處理。空冷至室溫，然后對所得板材進(jìn)行拉伸性能測試，結(jié)果如表1所示。

或?qū)Ρ壤?步驟3)不同的是在270℃進(jìn)行4h的退火處理。

由表1可得在260℃進(jìn)行穩(wěn)定化退火處理，隨著退火時間的延長合金的屈服和抗拉強(qiáng)度逐漸降低，延伸率逐漸升高，且由圖2可知1h退火后的合金性能不穩(wěn)定，4h后合金趨于穩(wěn)定。8h退火后的合金屈服和抗拉強(qiáng)度不如4h退火后的合金，故優(yōu)選4h退火工藝。260℃/4h退火后的合金強(qiáng)度高于270℃/4h退火后的合金，延伸率僅低2％，故考慮力學(xué)性能優(yōu)選260℃/4h退火工藝。實(shí)施例合金的力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于對比例合金。

表1 各狀態(tài)試樣的拉伸力學(xué)性能

實(shí)施例4：

1)對質(zhì)量百分比為；Mg6.50％，Mn1.10％，Er0.21％，Zr0.12％，不可避免雜質(zhì)含量＜0.5％，余量為Al的20mm厚含Er鋁鎂合金熱軋板，在460℃進(jìn)行2h退火，然后將鋁板熱軋進(jìn)行熱軋，給成品板預(yù)留下50％的冷變形量，將鋁板熱軋到8mm。

2)對步驟1)所得合金板材進(jìn)行350℃/2h中間退火，將中間退火后的鋁板進(jìn)行多道次冷精軋，每道次壓下量控制在10％-25％，冷變形量50％-70％。

3)對步驟2)所得冷軋板在260℃進(jìn)行1h的穩(wěn)定化退火，然后在100℃保溫7天，按鋁合金晶間腐蝕標(biāo)準(zhǔn)(ASTMG67)對鋁合金板進(jìn)行腐蝕，以腐蝕前后合金單位面積失重來判斷晶間腐蝕的敏感性。同時按鋁合金剝落腐蝕標(biāo)準(zhǔn)(ASTMG66)對鋁合金板進(jìn)行腐蝕，以腐蝕前后合金表面剝落程度來判斷剝落腐蝕的敏感性，腐蝕結(jié)果見表2。

或：同實(shí)步驟3)中不同的是在260℃進(jìn)行4h的穩(wěn)定化退火。

或：同步驟3)中不同的是在260℃進(jìn)行8h的穩(wěn)定化退火。

或：同步驟3)中不同的是在270℃進(jìn)行4h的穩(wěn)定化退火。

對比例4

1)對質(zhì)量百分比為；Mg5.50％，Mn0.70％，Er0.10％，Zr0.02％，不可避免雜質(zhì)含量＜0.5％，余量為Al的20mm厚含Er鋁鎂合金熱軋板，在460℃進(jìn)行2h退火，然后將鋁板熱軋進(jìn)行熱軋，給成品板預(yù)留下50％的冷變形量，將鋁板熱軋到8mm。

2)對步驟1)所得合金板材進(jìn)行350℃/2h中間退火，將中間退火后的鋁板進(jìn)行多道次冷精軋，每道次壓下量控制在10％-25％，冷變形量50％。

3)對步驟2)所得冷軋板在在260℃進(jìn)行1h的穩(wěn)定化退火，然后在100℃保溫7天，按鋁合金晶間腐蝕標(biāo)準(zhǔn)(ASTMG67)對鋁合金板進(jìn)行腐蝕，以腐蝕前后合金單位面積失重來判斷晶間腐蝕的敏感性。同時按鋁合金剝落腐蝕標(biāo)準(zhǔn)(ASTMG66)對鋁合金板進(jìn)行腐蝕，以腐蝕前后合金表面剝落程度來判斷剝落腐蝕的敏感性，腐蝕結(jié)果見表2。

或：同步驟3)中不同的是在260℃進(jìn)行4h的穩(wěn)定化退火。

或：同步驟3)中不同的是在260℃進(jìn)行8h的穩(wěn)定化退火。

或：同步驟3)中不同的是在270℃進(jìn)行4h的穩(wěn)定化退火。

表2 各狀態(tài)試樣的腐蝕性能

由表2可知合金在260℃進(jìn)行穩(wěn)定化具有較好的抗腐蝕性能，260℃/1h、260℃/4h、270℃/4h和260℃/8h穩(wěn)定化處理后合金的晶間腐蝕失重值均小于15mg/cm²，具有良好的耐晶間腐蝕性能。且合金剝落腐蝕級別都是N級，即合金表面未發(fā)生剝落，點(diǎn)蝕的痕跡也無，具有最優(yōu)的抗剝落腐蝕性能。

綜合以上分析，獲得較高且穩(wěn)定的強(qiáng)度，良好的晶間腐蝕和剝落腐蝕抗性的高鎂Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金冷軋板材，對于50％-70％冷軋變形量的高鎂Al-Mg-Mn-Er-Zr鋁合金，260℃/4h是最佳的穩(wěn)定化工藝。