权利要求
1.一种小厚度
铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，将厚度小于50mm的铝镁钪合金材料在20~60s内升温至450~550℃，随后保温30~60s;
步骤S2，将步骤S1的材料快速冷却至室温;
步骤S3，重复步骤S1-S2，使总保温时间达到300-1200s。
2.根据权利要求1所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，所述铝镁钪合金按质量百分比计包括如下成分：
Mg 4.2%~6.5%，Mn 0.15%~0.40%，Sc 0.20%~0.40%，Zr 0.10%~0.13%，Ti 0.02%~0.05%，Be 0.0005%~0.005%，Si ≤0.10%，Fe ≤0.20%，单个杂质元素≤0.05%，总杂质≤0.15%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，步骤S3中，总保温时间达600-1200s。
4.根据权利要求1所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，步骤S1中，采用盐浴炉、感应炉或电阻炉进行加热，且所述盐浴炉、感应炉或电阻炉的温度控制在500-550℃。
5.根据权利要求1所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，步骤S2中，快速冷却方式为室温水冷却、盐水冷却、碱水冷却、喷淋冷却或吹风冷却。
6.根据权利要求5所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，当采用水冷却时，还包括降至室温后擦干材料表面水渍的步骤。
7.根据权利要求1所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，步骤S1中，所述铝镁钪合金材料为经均匀化处理和塑性加工处理后的变形材料。
8.根据权利要求7所述的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，其特征在于，所述均匀化处理包括：在350℃~450℃保温8~24小时;
所述塑性加工处理包括：
热轧，温度300℃~450℃，变形量50~90%;
冷轧，变形量50~90%。
9.一种小厚度铝镁钪合金，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到。
10.一种权利要求9所述的小厚度铝镁钪合金在航空航天或船舶制造中的应用。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种小厚度铝镁钪合金及其稳定化退火方法和应用。
背景技术
[0002]铝镁钪合金是新一代中强可焊耐蚀
铝合金材料，在材料科学和工程应用领域具有重要的战略意义。与不含钪的传统铝镁合金相比，铝镁钪合金的屈服强度实现了显著提升，提高幅度达50%以上;这主要得益于钪和锆元素的加入，形成了Al3(Sc,Zr)粒子，有效细化晶粒并提高再结晶温度，从而增强材料综合力学性能。凭借其轻质、高强、可焊和耐蚀的综合优势，铝镁钪合金已成为支撑航空航天飞行器轻量化结构、船舶制造甲板部件等高端装备升级换代的
关键材料之一。
[0003]然而，Al3(Sc,Zr)粒子在显著提升铝合金强度的同时，也为其加工过程带来了更大的挑战。在塑性变形过程中，Al3(Sc,Zr)粒子阻碍了位错的均匀运动，导致局部应力集中，从而引发显著的非均匀变形。随着变形量的增加，这种不均匀性不断累积，最终在合金冷轧板中形成大量的变形带。
[0004]在现有的稳定化退火处理过程中，由于变形带区域应变集中，易成为再结晶形核与长大的优先位置，发生异常剧烈的再结晶行为。其结果是，该区域形成异常粗大晶粒，导致局部硬度和强度显著下降，出现软化现象。这种微观结构的不均匀软化不仅削弱了材料整体的力学性能，还严重破坏了其原有的组织均匀性，进而影响材料的疲劳寿命和成形稳定性。
[0005]因此，亟需研发一种新型的铝镁钪合金稳定化退火方法，以实现退火过程中组织结构的均匀演变，保证铝镁钪合金材料性能和组织的均匀性。
发明内容
[0006]本发明的第一个方面是提供一种小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，可有效解决铝镁钪合金因变形带穿晶扩展引起的加工缺陷，实现了铝镁钪合金材料性能和组织的均匀性。
[0007]本发明的技术方案是：
[0008]一种小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1，将厚度小于50mm的铝镁钪合金材料在20~60s内升温至450~550℃，随后保温30~60s;
[0010]步骤S2，将步骤S1的材料快速冷却至室温;
[0011]步骤S3，重复步骤S1-S2，使总保温时间达到300-1200s。
[0012]进一步地，所述铝镁钪合金按质量百分比计包括如下成分：
[0013]Mg 4.2%~6.5%，Mn 0.15%~0.40%，Sc 0.20%~0.40%，Zr 0.10%~0.13%，Ti 0.02%~0.05%，Be 0.0005%~0.005%，Si ≤0.10%，Fe ≤0.20%，单个杂质元素≤0.05%，总杂质≤0.15%，余量为Al。
[0014]进一步地，步骤S3中，总保温时间达600-1200s。
[0015]进一步地，步骤S1中，采用盐浴炉、感应炉或电阻炉进行加热，且所述盐浴炉、感应炉或电阻炉的温度控制在500-550℃。
[0016]进一步地，步骤S2中，快速冷却方式为室温水冷却、盐水冷却、碱水冷却、喷淋冷却或吹风冷却。
[0017]进一步地，当采用水冷却时，还包括降至室温后擦干材料表面水渍的步骤。
[0018]进一步地，步骤S1中，所述铝镁钪合金材料为经均匀化处理和塑性加工处理后的变形材料。
[0019]进一步地，所述均匀化处理包括：在350℃~450℃保温8~24小时;
[0020]所述塑性加工处理包括：
[0021]热轧，温度300℃~450℃，变形量50~90%;
[0022]冷轧，变形量50~90%。
[0023]本发明的第二个方面是提供由第一个方面的方法制备得到的小厚度铝镁钪合金。
[0024]本发明的第三个方面是提供第二个方面的小厚度铝镁钪合金在航空航天或船舶制造中的应用。
[0025]与现有技术相比，本发明提供的小厚度铝镁钪合金及其稳定化退火方法和应用，有益效果在于：
[0026]一、本发明的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，通过精确控制退火温度区间、保温时间与循环次数，使材料获得足够能量驱动位错运动以消除内应力和缓解变形带，有效抑制了穿晶变形带区域的异常快速再结晶。
[0027]二、本发明的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，通过单次短时、多次循环的稳定化退火工艺，优化铝镁钪合金的热激活过程，促进了变形组织中位错的湮灭和重排，防止变形带区域晶粒过度再结晶发生软化，这不仅降低了局部应变能，更从根本上减少了后续发生过度再结晶的驱动力。
[0028]三、与传统连续退火工艺相比，本发明的小厚度铝镁钪合金的稳定化退火方法，改善了铝镁钪合金变形带穿晶拓展和应力集中引起的加工缺陷问题，有效解决了铝镁钪合金穿晶变形带区域过度再结晶软化造成强度下降的问题，组织均匀性和稳定性得到了显著提升，展现出卓越的适配性，具有重要意义。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为实施例1-3、对比例1-3制备的合金材料的金相照片，其中(a)对比例1;(b)对比例2;(c)对比例3;(d)实施例1;(e)实施例2;(f)实施例3;
[0031]图2为实施例1-3、对比例1-3制备的合金材料的透射电子显微镜照片，其中(a)对比例1;(b)对比例2;(c)对比例3;(d)实施例1;(e)实施例2;(f)实施例3;
[0032]图3为实施例1-3、对比例1-3制备的合金材料的拉伸性能测试结果。
具体实施方式
[0033]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
[0034]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
[0035]实施例1
[0036]将Al-6Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr合金铸锭经350℃4h和420℃4h双级均匀化处理后，再经350℃热轧变形量70%、冷轧变形量80%的塑性加工处理，获得厚度小于20mm的铝镁钪合金变形材料。
[0037]沿轧制方向切取材料，将盐浴炉的温度控制在500℃，随后将合金变形材料放入盐浴炉，使材料在30s内升温至500℃，随后保温30s;
[0038]随后将材料采用室温水冷却降温，降至室温后，擦干材料表面水渍;
[0039]重复上述操作，循环10次，总保温时间达300s。
[0040]实施例2
[0041]与实施例1基本相同，区别在于重复操作20次，总保温时间达600s。
[0042]实施例3
[0043]与实施例1基本相同，区别在于重复操作40次，总保温时间达1200s。
[0044]对比例1
[0045]将Al-6Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr合金铸锭经350℃4h和420℃4h双级均匀化处理后，再经350℃热轧变形量70%、冷轧变形量80%的塑性加工处理，获得厚度小于20mm的铝镁钪合金变形材料。
[0046]即对比例1的铝镁钪合金变形材料不进行任何退火处理。
[0047]对比例2
[0048]将Al-6Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr合金铸锭经350℃4h和420℃4h双级均匀化处理后，再经350℃热轧变形量70%、冷轧变形量80%的塑性加工处理，获得厚度小于20mm的铝镁钪合金变形材料。沿轧制方向切取材料，将盐浴炉的温度控制在500℃，随后将材料放入盐浴炉，使材料在30s内升温至500℃，随后持续保温600s。随后将材料采用室温水冷却降温，降至室温。
[0049]对比例3
[0050]将Al-6Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr合金铸锭经350℃4h和420℃4h双级均匀化处理后，再经350℃热轧变形量70%、冷轧变形量80%的塑性加工处理，获得厚度小于20mm的铝镁钪合金变形材料。沿轧制方向切取材料，将盐浴炉的温度控制在500℃，随后将材料放入盐浴炉，使材料在30s内升温至500℃，随后持续保温1200s。随后将材料采用室温水冷却降温，降至室温。
[0051]将实施例1、2、3和对比例1、2、3样品通过金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)检测微观组织，通过拉伸试验机测试材料拉伸性能。
[0052]请参阅图1，为实施例1-3、对比例1-3制备的合金材料的金相照片。其中，图1(a)所示为对比例1的OM图像，从图中可以看出对比例1呈现纤维晶粒组织，并且其中密布着大量的变形带，变形带切割了纤维晶粒组织的连续性。图1(b)所示为对比例2的OM图像，从图中可以看出对比例2的纤维晶粒被明显地分隔，几乎所有的变形带内部都出现明显的再结晶晶粒，并且部分纤维晶粒的晶界上也出现了再结晶晶粒。图1(c)所示为对比例3的OM图像，从图中可以看出对比例3的纤维晶粒不再连续，再结晶晶粒占比进一步提高，并且再结晶晶粒尺寸也有所增加。图1(d)所示为实施例1的OM图像，从图中可以看出实施例1依旧保持了明显的纤维晶粒，变形带的严重程度已经大幅缓解，没有出现再结晶晶粒。图1(e)所示为实施例2的OM图像，从图中可以看出实施例2也保持了明显的纤维晶粒，变形带大多消失，小部分变形带的轮廓和痕迹保留，组织中没有出现再结晶晶粒。图1(f)所示为实施例3的OM图像，从图中可以看出实施例3的纤维晶粒依旧保持较好，再结晶程度没有继续加深，依旧保留了小部分变形带。
[0053]请参阅图2，为实施例1-3、对比例1-3制备的合金材料的透射电子显微镜照片。其中图2(a)所示为对比例1的TEM图像，从图中可以看出对比例1晶粒内部存在大量的位错缠结，位错在晶界和变形带区域偏聚。图2(b)所示为对比例2的TEM图像，从图中可以看出对比例2中位错极少，晶粒尺寸显著长大，纤维组织的尺寸明显增加。图2(c)所示为对比例3的TEM图像，从图中可以看出对比例3的位错密度极低，晶粒尺寸比对比例2略微增大。图2(d)所示为实施例1的TEM图像，从图中可以看出实施例1依旧保持了细小的纤维晶粒，位错偏聚现象大幅改善，纤维组织没有因为再结晶而粗化。图2(e)所示为实施例2的TEM图像，从图中可以看出实施例2也保持了明显的纤维晶粒，位错偏聚现象基本消失，纤维组织仅有少量的粗化，整体依据维持细小的尺寸。图2(f)展示的是实施例3的TEM图像，图中的亚结构依旧保留，纤维晶粒略微粗化，但整体变化不明显。
[0054]结合图1和图2可知，本发明通过单次短时、多次循环的稳定化退火工艺，并控制退火工艺的保温时间和循环次数，可以消除内应力和缓解变形带，有效抑制了穿晶变形带区域的异常快速再结晶，材料的微观组织更优。
[0055]请参阅图3，为实施例1-3、对比例1-3制备的合金材料的拉伸性能测试结果。由图3可知：虽然对比例1的强度最高，抗拉强度为445MPa，屈服强度为377MPa，但韧性较差，伸长率仅为10.7%。对比例2经过保温退火后，抗拉强度下降到389MPa，屈服强度下降到248MPa，伸长率为22.1%。对比例3经过保温退火后，抗拉强度下降到378MPa，屈服强度下降到226MPa，伸长率为25%。实施例1的不连续退火后，抗拉强度为411MPa，屈服强度为306MPa，伸长率19%。实施例2的不连续退火后，抗拉强度为403MPa，屈服强度为281MPa，伸长率21.5%。实施例3的不连续退火后，抗拉强度为396MPa，屈服强度为258MPa，伸长率22.8%。
[0056]对比发现，相比较传统连续退火方法，本发明的单次短时、多次循环的退火工艺得到了更好更稳定的微观组织，强度保持率比传统连续退火方法大幅提高，同时伸长率没有明显降低，实现了提高强度的同时保持韧性，达成了强韧性协同。但是，根据试验结果，超过900s的退火处理，并没有进一步消除少部分保留的变形带，韧性也没有进一步提高，过长的处理累积时间没有产生更好的效果。因此，为了提高退火处理的效率，不用过长的退火累积时间，累积处理时间更优选的为600-900s。
[0057]由于本发明采用单次短时、多次循环的退火工艺，因此适用于厚度小于50mm的铝镁钪合金变形材料的退火，当合金材料厚度过大时，则材料内部温度不均匀，从而影响材料的组织结构及性能。优选地，本发明的方法适应于厚度小于等于20mm的铝镁钪合金材料退火，得到的材料性能更优。
[0058]由本发明的方法制备得到的小厚度铝镁钪合金可在航空航天或船舶制造领域中得以广泛应用。
[0059]以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
说明书附图(3)
声明：
“小厚度铝镁钪合金及其稳定化退火方法和应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：重庆大学, 明月湖实验室
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2026年08月06日 ~ 08日 
