本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為在5000系合金的基礎(chǔ)上加入少量的Cu及其Si微合金化的制備與熱處理工藝。
技術(shù)背景
全世界汽車工業(yè)界將能源和環(huán)保作為可持續(xù)發(fā)展的核心,目前新能源技術(shù)發(fā)展尚未成熟,要使汽車更環(huán)保、更省油,汽車輕量化是目前切實(shí)可行的重要措施之一。如今汽車輕量化主要有釆用輕質(zhì)材料、優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)、進(jìn)行工藝革新三種措施,而最簡(jiǎn)單的方法是采用輕質(zhì)材料進(jìn)行汽車減重,目前汽車行業(yè)非常注重于開(kāi)發(fā)輕質(zhì)材料以實(shí)現(xiàn)汽車減重這一大難題。汽車車身用鋁合金板材要求好的冷變形性以便能夠被沖壓，除此之外板材在烤漆的過(guò)程中在保持強(qiáng)度不下降的同時(shí)最好能增加一定的強(qiáng)度。
用在汽車車身板的鋁合金主要有Al-Cu-Mg(2000系)、Al-Mg(5000系)和Al-Mg-Si(6000系)。2000系合金的成形性和耐蝕性較差，5000系因勒德斯線和桔皮效應(yīng)影響車身外觀，T4態(tài)6000系烤漆后出現(xiàn)軟化，這些不利影響嚴(yán)重阻礙了上述合金在汽車車身板上的應(yīng)用。所謂的烤漆處理就是在160-180℃保溫20-30min。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在Al-Mg合金的基礎(chǔ)上加入少量的Cu能有效提高模擬烤漆前期(在160-180℃進(jìn)行30min以內(nèi)的時(shí)效)的時(shí)效硬化水平，而在Al-Mg-Cu合金的基礎(chǔ)上進(jìn)行Ag微合金化能非常顯著的提高時(shí)效前期的硬化水平，因此Ag微合金化Al-Mg-Cu合金成為人們研究的熱點(diǎn)。
然而由于貴金屬Ag價(jià)格昂貴，增加了合金的成本，因此尋找與Ag有相似作用的廉價(jià)元素具有非常重要的實(shí)用意義。在Al-Mg-Cu合金的基礎(chǔ)上加入少量的Ag能極大的提高模擬烤漆前期的時(shí)效硬化水平，Ag能顯著提高時(shí)效前期的硬化水平這一作用被稱為快速硬化現(xiàn)象，其成因是Ag在時(shí)效前期促使大量的Cu、Mg原子聚集成為Cu/Mg團(tuán)簇，在時(shí)效前期基體中大量密集分布的Cu/Mg團(tuán)簇起到了快速硬化的作用。本發(fā)明旨在用Si代替Ag，并在Al-Mg-Cu合金的基礎(chǔ)上通過(guò)Si微合金化研究其對(duì)模擬烤漆前期時(shí)效硬化的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于通過(guò)Si微合金化來(lái)提高人工時(shí)效前期快速硬化的目的，同時(shí)在Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu合金的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)控Si的含量來(lái)選出其中一種Si微合金Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu合金，被選出的這種合金與其它合金成分相比能最大的提高人工時(shí)效前期快速硬化的能力，尤其15分鐘左右前期的硬化的能力快速提高。
本發(fā)明提供的Al-Mg-Cu合金，其特征在于，鋁基體中加入了Mg、Cu和Si，其中Mg與Cu在Al-Mg-Cu合金中的重量百分含量為:1.8～2.2％的Mg，0.7～0.9％的Cu。其中Si的成分范圍分別為(重量百分比)：0.11～0.51％。進(jìn)一步優(yōu)選Al-2％Mg-0.8％Cu-0.5％Si(重量百分比)。
本發(fā)明合金的制備方法在，其特征在于，包括以下步驟：在熔煉溫度為800℃下，把純鋁、純鎂、Al-Cu中間合金、Al-Si中間合金一起放入石墨坩堝中，然后把裝有配料的坩堝放入高溫電阻爐中進(jìn)行熔煉，待合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置30min以使熔體中各元素分布均勻之后進(jìn)行鐵模澆鑄；隨后進(jìn)行熱處理，從而獲得所述的合金材料。
本發(fā)明合金熱處理工藝步驟包括如下：
(1)首先在550℃固溶處理1h，隨后水淬至室溫；
(2)然后步驟(1)水淬后的固溶態(tài)合金不停留直接進(jìn)行175℃等溫時(shí)效,其時(shí)效時(shí)間為15min～24h。
本發(fā)明采用上述成分配比的Si微合金化Al-Mg-Cu合金，通過(guò)在550℃固溶處理1h后直接進(jìn)行175℃等溫時(shí)效的時(shí)效硬化曲線的對(duì)比可得出以下結(jié)論：Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu合金與Al-2wt％Mg-0.8wt％Cu-0.15wt％Si在模擬烤漆前期進(jìn)行對(duì)比，可看出加入少量Si的Al-Mg-Cu合金在模擬烤漆前期具有非常顯著的快速硬化現(xiàn)象；不同Si含量的Al-Mg-Cu合金在同一固溶處理溫度下，Si含量越高的合金其前期的快速硬化響應(yīng)越顯著并且后期的峰值硬度越高。
附圖說(shuō)明
圖1：550℃固溶后，175℃等溫時(shí)效硬度曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
實(shí)例1：采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為高純鋁、純鎂、Al-50wt％Cu和Al-27％Si的中間合金。在熔煉溫度為800℃下，把純鋁，純鎂，Al-Cu中間合金，Al-Si中間合金一起放入石墨坩堝中，然后把裝有配料的坩堝放入高溫電阻爐中進(jìn)行熔煉，待合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置30min以使熔體中各元素分布均勻之后進(jìn)行鐵模澆鑄。制備了4種成分不同的Al-Mg-Cu及其Si微合金化的合金，如下表1所示。
表1實(shí)驗(yàn)合金成分
實(shí)例2：對(duì)實(shí)例1中的合金在550℃固溶處理1h后，水淬至室溫；在室溫下不長(zhǎng)時(shí)間停留隨后在175℃分別進(jìn)行15min，30min，1h，2h，4h，8h，16h和24h的等溫時(shí)效。圖1給出了合金在550℃固溶處理1h，隨后進(jìn)行175℃等溫時(shí)效的時(shí)效硬度變化曲線。從圖中可以看出A2、A3、A4號(hào)合金硬度均在175℃時(shí)效15min左右硬度快速上升，而A1號(hào)Al-Mg-Cu合金在175℃等溫時(shí)效15min到8h的時(shí)間范圍內(nèi)其硬度幾乎沒(méi)有變化，這說(shuō)明Si微合金化Al-Mg-Cu合金的時(shí)效強(qiáng)化效果十分顯著。此外，對(duì)A1、A2、A3、A4號(hào)合金的時(shí)效硬化曲線進(jìn)行對(duì)比，可看出A4號(hào)合金在時(shí)效前期快速硬化現(xiàn)象最為顯著，其在175℃等溫時(shí)效15min后達(dá)到87HV左右，這是由于在時(shí)效前期Si促進(jìn)了Cu/Mg團(tuán)簇的大量析出從而起到團(tuán)簇硬化的作用。
在圖1中也可以看出A1號(hào)Al-Mg-Cu合金的硬度隨時(shí)間的延長(zhǎng)并沒(méi)有明顯的增加，而A2、A3、A4號(hào)Si微合金化Al-Mg-Cu合金隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)其硬度繼續(xù)增加，并且Si含量越高其硬度增加的幅度越大，這說(shuō)明隨著時(shí)效的進(jìn)行Si不斷促使Cu/Mg團(tuán)簇的析出，從而使合金得到進(jìn)一步的強(qiáng)化。