本發明涉及合金金屬技術領域，具體地說，是一種高強度易再結晶變形鋁合金及其制備方法。
背景技術：
鋁合金密度低，比強度和比剛度較高，成形性能好，是金屬材料中用途廣泛的輕金屬之一，其使用量僅次于鋼鐵。傳統鋁合金結構件多采用鑄造工藝生產，但是經常出現鑄造缺陷等問題，大大降低了生產率。變形鋁合金是熔鑄成型后，再經熱擠壓、軋制等方法加工得到板材、線材和棒材等。同鑄造鋁合金相比，變形鋁合金具有更高的強度、塑性、耐腐蝕性等特點，因而得到了更為廣泛的應用。自上世紀60年代多，材料科技工作者在al-cu-mg系合金基礎上添加了少量的ag元素，開發出了耐熱型高強鋁合金，該合金改變了al-cu-mg系合金的析出序列，從而顯著改善了合金性能，添加ag后的鋁合金具有更高的強度，更高的使用溫度及良好的疲勞性能和斷裂抗力。al-cu-mg和al-zn-mg-cu系合金都是可以熱處理強化，通過簡單工藝獲得高強的變形合金，由于合金的主要強化貢獻于析出強化，sc和zr的添加會使合金中析出更多更細小的彌散第二相al3sc或al3(sc,zr)來強化基體，同時ag和mg原子之間存在較強的相互作用，有大量的mg-ag共聚原子團形成，提供了ω相有利的形核位置，在很大程度上提高了合金的室溫和高溫性能。但是這些彌散的第二相同時也對晶界和亞晶界具有很強的阻礙作用，有的元素的添加會對合金的回復再結晶過程造成嚴重的影響。因此，需要一種針對合金強度和再結晶難度同時兼顧的制備方法，很好的解決鋁合金在強度和再結晶溫度中兩者不可同時獲得的問題，實現強度高、韌性好且以再結晶的鋁合金的制備。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提供了一種高強度易再結晶變形鋁合金及其制備方法。本發明采用多元微合金化手段，通過對對多種微合金化元素的優化選擇，控制多種微合金元素之間的配比，形成強度高、變形量大且容易再結晶的組織，克服了以往鋁合金在鑄造中缺陷較多的問題，并且是材料的強度和韌性有了一定的兼顧。
現有的超高強度鋁合金中一般添加微量元素zr，在鋁合金凝固時固溶在al基體中，在后續的熱處理中會形成al3zr彌散相，提高沿晶斷裂抗力，但是zr的添加會阻礙基體再結晶，所以本發明中將zr的含量控制在0.1%以下。研究者發現，在添加微合金元素zr的基礎上，添加少量的cr，會形成更小的彌散相釘扎晶界和亞晶界，提高強度，但是會抑制再結晶過程的進行，所以本發明中同時將嚴格控制cr元素的添加量，以達到強度和再結晶溫度的合理兼顧。過去的研究發現，ag元素的添加會使合金在時效的初期，由于ag原子核mg原子之間存在較強的相互作用，有大量的mg-ag共聚原子團形成，為相的形核提供有利的位置，在很大成度上提高了合金的室溫和高溫性能。
基于以上研究和本發明的上述目的，本發明提供了一種高強變形鋁合金，其中，鋁合金包括下述組分按重量百分比組成：mg2-3%、zn4-8%、zr0-0.1%、sc0-0.2%、cr0-0.2%、ag0.001-0.1%，余量為al。
其組分中的微合金化元素滿足：si<0.15%、cu<0.15%、mn<0.15%、fe<0.15%、ti<0.1%。
本發明提供一種高強變形鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
（1）、按設計成分配比，進行電渣熔鑄；
（2）、將電渣熔鑄的圓錠經兩次室溫冷擠壓后獲得初始型材；
（3）、將初始型材經多道次室溫拉拔后退火；
（4）、對退火后的型材依次進行均勻化熱處理、時效熱處理；
本發明一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，所述電渣熔鑄具體步驟為，按質量分數配得al、mg、zn、zr、sc、cr和ag混合后在sf6和co2混合氣體保護下置于760-780℃坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒，放入電渣爐內，按質量百分數將mgf2、mgcl2、kcl和alp混合均勻，在400℃下烘烤6小時以上，加入自耗電極棒，渣料量為自耗電極棒重量的5%，電渣熔鑄電流為550a，電壓為60v。
本發明一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，兩次室溫冷擠壓，每次擠壓擠壓比為30。
本發明一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，多道次拉拔累計變形量為30-60%。
本發明一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，退火溫度為350-400℃。
本發明一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，均勻化熱處理為兩級保溫后淬火處理，具體工藝為：先在460℃保溫16小時，然后升溫至470-480℃保溫8小時后淬火。
本發明一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，時效熱處理采用兩級時效，第一級時效溫度為100-110℃保溫6小時，第二級時效溫度為155-180℃保溫6小時。
本發明的有益效果：本發明組分分配合理，通過嚴格控制微合金化的元素之間的匹配，采用了電渣熔鑄的工藝，結合室溫冷擠壓、室溫拉拔和材料熱處理的特點，將幾種普遍的工藝疊加后得到特別的效果，這并不是簡單的疊加，是科學的有依據的，相比已有的同類高強度鋁合金具有較好的鑄造性能和加工性能，并且具有更高的強度和韌性，更易再結晶，經過二次擠壓變形和熱處理后，合金組織更加均勻，的強度和塑性都有所提高，克服了現有鎂合金強度和再結晶溫度不能兼顧的問題。本發明操作簡單，適合工業化生產。
具體實施方式
為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例對本發明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發明，并不對本發明的保護范圍構成限定。
實施例：本發明涉及一種高強度易再結晶變形鋁合金的制備方法，結合微合金化與電渣熔鑄鋁合金技術、室溫冷塑性大變形技術，制備出強度高、韌性好、易再結晶的高強鋁合金。下面結合具體實例對本發明進行詳細說明，以下實例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明。應當指出，對本領域的普通技術人員來說，在本發明的前提下更改部分工藝參數等延伸行為，也屬于本專利的保護范圍內
本發明實施例提供16個合金試樣，編號依次為1#至16#，對應成分變化實施例編號為1#-8#，其中1#-6#為實施例6個試樣，6#-8#為對比例提供2個試樣。對應工藝參數變化實施例編號為9#-16#，提供8個合金試樣。
實施例1#至8#
本發明實施例、對比例中所涉及的鋁合金成分及重量百分比為（具體成分見表1）：
mg.2-3%、zn.4-8%、zr.0-0.1%、sc.0-0.2%、cr.0-0.2%、ag.0.001-0.1%，余量為al。其中成分滿足：si<0.15%、cu<0.15%、mn<0.15%、fe<0.15%、ti<0.1%。
本發明提供一種高強al-mg-zn-zr-sc-cr-ag變形鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
（1）、按質量分數配得鋁、鎂、鋅、鋯、鈧、鉻和銀混合后在sf6和co2混合氣體保護下置于760-780℃坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒，放入電渣爐內。將質量百分數為mgf2、mgcl2、kcl和alp混合均勻，在400℃下烘烤6小時以上，加入自耗電極棒。渣料量為自耗電極棒重量的5%。電渣熔鑄電流為550a，電壓為60v，進行電渣熔鑄。
（2）、將電渣熔鑄的圓錠經兩次室溫冷擠壓后獲得初始型材，單次擠壓比為30。
（3）、將初始型材經多道次室溫拉拔后退火，室溫拉拔累計變形量為50%，退火溫度為350℃。
（4）對最終型材進行均勻化熱處理，先在460℃保溫16小時，然后升溫至470℃保溫8小時后淬火。再進行時效熱處理，先在時效溫度為110℃保溫6小時，然后在時效溫度為160℃保溫6小時。
合金的組成成分如表1所示，用上述步驟制備出φ10mm的棒材，進行力學性能測試。
表1al-mg-zn-zr-sc-cr-ag合金成分（質量百分數，wt.%）
表21#-8#合金擠壓棒材性能測試結果
表2中：uts是指極限抗拉強度，yts是指屈服強度，el是指延伸率，hb是指布氏硬度值，t是指再結晶溫度。
實施例9#至16#
本發明實施例中所涉及的鋁合金成分及重量百分比為mg.3%、zn.8%、zr.0.1%、sc.0.2%、cr.0.2%、ag.0.1%，余量為al。其中成分滿足：si<0.15%、cu<0.15%、mn<0.15%、fe<0.15%、ti<0.1%。
本發明提供一種高強al-mg-zn-zr-sc-cr-ag變形鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
（1）、按質量分數配得鋁、鎂、鋅、鋯、鈧、鉻和銀混合后在sf6和co2混合氣體保護下置于760-780℃坩堝爐中熔煉制成自耗電極棒，放入電渣爐內。將質量百分數為mgf2、mgcl2、kcl和alp混合均勻，在400℃下烘烤6小時以上，加入自耗電極棒。渣料量為自耗電極棒重量的5%。電渣熔鑄電流為550a，電壓為60v，進行電渣熔鑄。
（2）、將電渣熔鑄的圓錠經兩次室溫冷擠壓后獲得初始型材，單次擠壓比為30。
（3）、將初始型材經多道次室溫拉拔后退火，室溫拉拔累計變形量為50%，退火溫度為350℃或400℃。
（4）、對最終型材進行均勻化熱處理，先在460℃保溫16小時，然后升溫至470℃或者480℃保溫8小時后淬火。再進行時效熱處理，先在時效溫度為100、105或110℃保溫6小時，然后在時效溫度為155、160、180℃保溫6小時。
合金的實際參數如表3所示，用上述步驟制備出φ10mm的棒材，進行力學性能測試。
表3al-mg-zn-zr-sc-cr-ag合金實際工藝參數
表49#-16#合金擠壓棒材性能測試結果
表2中：uts是指極限抗拉強度，yts是指屈服強度，el是指延伸率，hb是指布氏硬度值。
細化晶粒是提高鋁及鋁合金綜合性能的有效途徑之一，經過兩次大擠壓比擠壓后拉拔使鋁合金鑄錠在室溫下實現了大塑性變形，在最終的型材中獲得了超細晶粒，由表2和表4中可以看出晶粒大小在10-22μm，并且隨著晶粒的減小，合金的綜合性能越優異。4#合金由于基本沒有cr元素，不能形成多元共格彌散相抑制再結晶，使材料再結晶過程容易進行，350度下可進行較完全的退火，得到了比較好的性能。在表4中，隨著時效溫度的升高，析出的彌散第二相顆粒增多，增加了合金的強度。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。