專利名稱：高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金及其型材制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金及其型材制備方法。
背景技術(shù)：
6X X X系A(chǔ)l-Mg-Si合金是以Mg2Si為合金強(qiáng)化相的熱處理可強(qiáng)化鋁合金，具有成型加工性好、耐腐蝕性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軌道交通、民用建筑、工程機(jī)械、電子零部件等領(lǐng)域。其中，軌道車輛和輕量化道路交通車輛，多采用6005、6005A、6N01等鋁合金的整體組焊結(jié)構(gòu)，局部要求強(qiáng)度較高的零部件采用6061、6082等鋁合金型材焊接結(jié)構(gòu)。焊接方法主要有Mig/Tig氣體保護(hù)焊、激光焊接、攪拌摩擦焊等,其中Mig/Tig氣體保護(hù)焊是使用最多的一種方法。但對(duì)于Al-Mg-Si合金在交通車輛上應(yīng)用來(lái)說(shuō)，缺點(diǎn)是經(jīng)Mig/Tig氣體保護(hù)焊接后，其接頭的強(qiáng)度軟化嚴(yán)重。例如6005A是車輛使用最多的鋁合金，其焊接強(qiáng)度僅為母材的60% 65%，但實(shí)際應(yīng)用過程中，希望此類合金的焊接強(qiáng)度進(jìn)一步提高。Al-Mg-Si合金焊接后強(qiáng)度的下降原因?yàn)?I)基材焊接后，焊接接頭分為焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和基材區(qū)；(2)A1-Mg-Si —般使用5X X X系鋁合金焊絲，焊縫中心為焊絲的鑄態(tài)組織，具有與母材相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度；(3)熱影響區(qū)由于在焊接過程中，受到循環(huán)熱沖擊的作用，強(qiáng)化相Mg2Si重新溶解、析出、聚集長(zhǎng)大，削弱了其強(qiáng)化的作用；(4)熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，也是造成了其強(qiáng)度嚴(yán)重下降的一個(gè)因素。因此，若期望能夠提高Al-Mg-Si合金的焊接強(qiáng)度，需要有效的控制Mg2Si的析出長(zhǎng)大和晶粒的粗化。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金及其型材制備方法，該合金焊接強(qiáng)度得到顯著提高，且該合金型材制備方法，生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)單。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金，該合金成分及其質(zhì)量百分比為0. 5 0. 9% S1、
0.4 0. 7% Mg,Mn < 0. 5%,Cr < 0. 3%,0. 12 0. 5% Mn+Cr、Fe < 0. 35%,Zn < 0. 2%,Ti < 0.1 %和 0. 2 0. 5% Cu，另外，還包括 0. 2% 0. 8% Er、0. 2 0. 6% Zr 和 0. 3
1.2% Sc中的一種或多種,其他合金元素總量不超過0. 15%,剩余為Al含量。一種制備上述高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金型材的方法，該制備方法包括以下步驟(I)原料配制以金屬純鋁、純鎂、純鐵、純銅、Al-Si中間合金、Al-Mn中間合金、Al-Cr中間合金、Al-Zr中間合金、Al-Sc中間合金、Al-Er中間合金、Al-Ti合金作為原料,按照合金成分及其質(zhì)量百分比0. 2 — 0. 5% Cu、0. 5 0. 9% S1、0. 4 0. 7%Mg,Mn<0. 5%,Cr < 0. 3%,0. 12 0. 5% Mn+Cr、Fe < 0. 35%, Zn < 0. 2%和 Ti < 0. 1%，另外，還包括0. 2 0. 8% Er、0. 2 0. 6% Zr和0. 3 1. 2% Sc中的一種或多種，進(jìn)行配比。

(2)合金熔煉將配制好的合金原料在覆蓋劑或惰性氣體保護(hù)作用下，進(jìn)行加熱熔煉液化，熔煉溫度740 760V。
(3)鋁合金鑄錠的鑄造對(duì)液化的合金原料進(jìn)行30 60min的攪拌，并扒除表面的熔渣，之后，將合金原料液體以65 80mm/min的速度進(jìn)行鑄造，并以噴水的方式快速冷
卻到室溫，獲得鋁合金鑄錠。(4)對(duì)鋁合金鑄錠的熱處理將冷卻后的鑄錠加熱到545 565°C溫度范圍內(nèi)，再進(jìn)行保溫，以實(shí)現(xiàn)鑄錠的均勻化退火。(5)型材擠壓將均勻化退火后的鑄錠加熱到490 510°C，隨后通過擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓速度控制在6 12m/min，出口的溫度控制在515 540°C，然后，再通過水淬的方式，將擠壓出的型材進(jìn)行快速冷卻到室溫，獲得型材產(chǎn)品。(6)型材的時(shí)效熱處理將上述第(5)步驟中所獲得的型材產(chǎn)品裝入工業(yè)時(shí)效爐中，以0. 8 1. 50C /min的升溫速度從室溫升至?xí)r效溫度范圍內(nèi)，時(shí)效溫度范圍為160 180°C，之后，再進(jìn)行10 14h保溫處理，最后，將經(jīng)過保溫處理后的型材取出，在室溫狀態(tài)下降溫，獲得高焊接強(qiáng)度型材產(chǎn)品。上述第(5)步驟中所獲得的型材產(chǎn)品在IOh內(nèi)，必須進(jìn)入上述第(6)步驟的時(shí)效熱處理。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)該合金焊接強(qiáng)度顯著提高；(2)該合金型材制備方法工藝較為簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
通過以下具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 :本實(shí)施例的高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金，其合金成分及其質(zhì)量百分比為MgO. 55%、SiO. 69%、MnO. 27%、CrO. 13%, FeO. 16%、CuO. 25%、TiO. 01%, ErO. 25%、ZrO. 5%，其余為Al含量。上述高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金型材制備方法如下(I)原料配制以金屬純鋁、純鎂、純鐵、純銅、Al-Si中間合金、Al-Mn中間合金、Al-Cr中間合金、Al-Zr中間合金、Al-Sc中間合金、Al-Er中間合金、Al-Ti合金作為原料，按上述合金成分及其質(zhì)量百分比，進(jìn)行配比。(2)合金熔煉將配制好的合金原料在覆蓋劑或惰性氣體保護(hù)作用下，進(jìn)行加熱熔煉液化，熔煉溫度740 760V。(3)鋁合金鑄錠的鑄造對(duì)液化的合金原料進(jìn)行30 60min的攪拌，并扒除表面的熔渣，之后，將合金原料液體以65 80mm/min的速度進(jìn)行鑄造，并以噴水的方式快速冷
卻到室溫，獲得鋁合金鑄錠。(4)對(duì)鋁合金鑄錠的熱處理將冷卻后的鑄錠加熱到545 565°C溫度范圍內(nèi)，再進(jìn)行保溫，以實(shí)現(xiàn)鑄錠的均勻化退火。(5)型材擠壓將均勻化退火后的鑄錠加熱到490 510°C，隨后通過擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓速度控制在6 12m/min，出口的溫度控制在515 540°C，然后，再通過水淬的方式，將擠壓出的型材進(jìn)行快速冷卻到室溫，獲得型材產(chǎn)品。(6)型材的時(shí)效熱處理上述第(5)步驟中所獲得的型材產(chǎn)品在室溫下停放了 8h后，將所述型材產(chǎn)品裝入工業(yè)時(shí)效爐中，以0. 8 1. 5°C /min的升溫速度從室溫升至?xí)r效溫度范圍內(nèi)，時(shí)效溫度范圍為160 180°C，之后，再進(jìn)行10 14h保溫處理，最后，將經(jīng)過保溫處理后的型材取出，在室溫狀態(tài)下降溫，獲得3_厚度高焊接強(qiáng)度空心型材產(chǎn)品。上述3mm厚度空心型材的高焊接強(qiáng)度具體可以通過以下實(shí)驗(yàn)所測(cè)得數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來(lái)，實(shí)驗(yàn)具體如下通過使用Mig氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為直流140A，電壓16V，保護(hù)氣體為高純Ar氣，流量為15L/min，焊絲為直徑1. 2mm牌號(hào)ER5356焊絲。型材焊接后，取母材及焊接接頭，分別加工試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，所獲得的母材抗拉強(qiáng)度為285Mpa，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為199. 5Mpa，焊接強(qiáng)度為母材的70. 0%。上述取母材及焊接接頭樣品時(shí)，其焊縫是置于樣品中間的。實(shí)施例2 :與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的區(qū)別在于本實(shí)施例的合金成分及其質(zhì)量百分比為MgO. 60%, SiO. 77%, MnO. 35%, TiO. 05%, CrO. 14%, FeO. 08%, CuO. 43%,ScO. 53%, ZrO. 62%，其余為 Al 含量。所獲得的3mm厚度空心型材的高焊接強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為母材抗拉強(qiáng)度為312Mpa，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為227. 5Mpa，焊接強(qiáng)度為母材的72. 9%。實(shí)施例3 :與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的區(qū)別在于本實(shí)施例的合金成分及其質(zhì)量百分比為MgO. 5 %、SiO. 63 %、MnO. 33 %、CrO. 15%, FeO. 25 %、CuO. 34 %、TiO. 02 %，ErO. 5% ，其余為Al含量。所獲得的3mm厚度空心型材的高焊接強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為母材抗拉強(qiáng)度為269Mpa，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為185Mpa，焊接強(qiáng)度為母材的68. 8%。實(shí)施例4 :與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的區(qū)別在于本實(shí)施例的合金成分及其質(zhì)量百分比為MgO. 65%, SiO. 65%, MnO. 26%, CrO. 2 %、FeO. 3%, CuO. 42 %、TiO. 01 %,ScO. 7%，其余為Al含量。所獲得的3mm厚度空心型材的高焊接強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為母材抗拉強(qiáng)度為287Mpa，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為202Mpa，焊接強(qiáng)度為母材的70. 4%。以上只是本發(fā)明所提供的較佳實(shí)施例，總之，采用本發(fā)明的方法所制備的Al-Mg-Si合金型材，焊接強(qiáng)度得到顯著提高，且生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金，其特征在于，該合金成分及其質(zhì)量百分比為0. 5 0. 9% S1、0. 4 0. 7% Mg,Mn < 0. 5%,Cr < 0. 3%,0. 12 0. 5% Mn+Cr、Fe < 0. 35%,Zn< 0. 2%,Ti < 0. 1%和 0. 2 0. 5% Cu，另外，還包括 0. 2 0. 8% Er、0. 2 0. 6% Zr 和0.3 1. 2% Sc中的ー種或多種，其他合金元素總量不超過0. 15%，剩余為Al含量。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金型材制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)原料配制以金屬純鋁、純鎂、純鐵、純銅、Al-Si中間合金、Al-Mn中間合金、Al-Cr中間合金、Al-Zr中間合金、Al-Sc中間合金、Al-Er中間合金、Al-Ti合金作為原料,按照合金成分及其質(zhì)量百分比0. 2 0. 5% Cu、0. 5 0. 9% S1、0. 4 0. 7% Mg、Mn < 0. 5%、Cr < 0. 3%,0. 12 0. 5% Mn+Cr、Fe < 0. 35%, Zn < 0. 2%和 Ti < 0. 1%，另外，還包括0.2 0. 8% Er、0. 2 0. 6% Zr和0. 3 1. 2% Sc中的ー種或多種，進(jìn)行配比。
(2)合金熔煉將配制好的合金原料在覆蓋劑或惰性氣體保護(hù)作用下，進(jìn)行加熱熔煉液化，熔煉溫度740 760V。
(3)鋁合金鑄錠的鋳造對(duì)液化的合金原料進(jìn)行30 60min的攪拌，并扒除表面的熔渣，之后，將合金原料液體以65 80mm/min的速度進(jìn)行鑄造，并以噴水的方式快速冷卻到室溫，獲得鋁合金鑄錠。
(4)對(duì)鋁合金鑄錠的熱處理將冷卻后的鑄錠加熱到545 565°C溫度范圍內(nèi)，再進(jìn)行保溫，以實(shí)現(xiàn)鑄錠的均勻化退火。
(5)型材擠壓將均勻化退火后的鑄錠加熱到490 510°C，隨后通過擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓速度控制在6 12m/min，出口的溫度控制在515 540°C，然后，再通過水淬的方式，將擠壓出的型材進(jìn)行快速冷卻到室溫，獲得型材產(chǎn)品。
(6)型材的時(shí)效熱處理將上述第(5)步驟中所獲得的型材產(chǎn)品裝入エ業(yè)時(shí)效爐中，以0.8 1. 50C /min的升溫速度從室溫升至?xí)r效溫度范圍內(nèi)，時(shí)效溫度范圍為160 180°C，之后，進(jìn)行10 14h保溫處理，最后，將經(jīng)過保溫處理后的型材取出，在室溫狀態(tài)下降溫，獲得高焊接強(qiáng)度型材產(chǎn)品。
3.如權(quán)利要求2所述的ー種高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金型材制備方法，其特征在于，所述第(5)步驟中所獲得的型材產(chǎn)品在IOh內(nèi)，進(jìn)入所述第(6)步驟的時(shí)效熱處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高焊接強(qiáng)度Al-Mg-Si合金，其合金成分及質(zhì)量百分比為0.5～0.9％Si、0.4～0.7％Mg、Mn＜0.5％、Cr＜0.3％、0.12～0.5％Mn+Cr、Fe＜0.35％、Zn＜0.2％、Ti＜0.1％和0.2～0.5％Cu，另外，還包括0.2～0.8％Er、0.2～0.6％Zr和0.3～1.2％Sc中的一種或多種，其他合金成分總量不超過0.15％，剩余為Al含量。同時(shí)，本發(fā)明還提供了制備上述合金型材的方法。本發(fā)明所提供的Al-Mg-Si合金，焊接強(qiáng)度得到顯著提高，所提供的合金型材制備方法，工藝也較為簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C22F1/05GK103045918SQ201210103588
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:湖南晟通科技集團(tuán)有限公司