本发明属于高强高韧铝合金，具体涉及一种高强高韧al-mg-si系合金。
背景技术：
1、随着国家经济的发展，对材料的环保性能以及可回收性越来越重视。而al-mg-si系铝合金刚好具有这方面的优异性能，有密度低、比强度高、成型性好、应力腐蚀敏感性低以及可回收利用率高等优点；并且已经在建筑、轨道交通、航空航天等领域得到了广泛应用。但是随着科技的不断进步，现有的al-mg-si系铝合金愈发的不能满足生产者对其力学性能的要求。
2、当前，在铝合金中添加合金元素、调整热处理工艺、以及加工工艺的改变，来提高al-mg-si系铝合金的强度，已经达到瓶颈。所以需要采用新的方式手段，把四种强化方式相结合，从铝合金的强化机理入手，去提高al-mg-si系铝合金的强韧性。
3、发明专利cn113621903b介绍了一种提高铝合金强韧性的热处理方法，其主要是通过均匀化处理、固溶处理、拉伸处理、时效处理等工艺对铝合金进行处理，可以显著提升铝合金板材的力学性能，抗拉强度提升5～10％，屈服强度提升10～15％，伸长率提升在50％以上。但是最终的强韧性还是达不到生产中对铝合金的要求。
4、发明专利cn111118418b公布了一种提高al-zn-mg-cu铝合金强韧性的时效处理方法。通过对al-zn-mg-cu合金进行三级时效热处理。能使铝合金获得良好的强度和断裂韧性。但是其三级时效时间太长，所需时间成本较高，并且忽略了铝合金的塑性，对塑性的增强效果并没有体现。
5、发明专利cn115011846b公开了一种高强度、高稳定性al-mg-si-cu-sc铝合金及其制备方法，经过熔融、铸造、均质化处理、挤压、固溶处理、预应变处理以及时效处理得到屈服强度≥320mpa以及延伸率≥10％的铝合金材料。但是该发明所获得的铝合金强度较低，不足以满足生产需求。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种高强高韧al-mg-si系合金。本发明通过添加cu、mn、sc和zr元素，采用真空熔炼、均质化处理、非对称热挤压、固溶处理、预应变处理以及三级时效处理提高铝锂合金的强韧性性能的目的。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种高强高韧al-mg-si系合金，通过添加cu、mn、sc和zr元素，对合金成分进行优化设计，结合真空熔炼、均质化处理、非对称热挤压、固溶处理、预应变处理以及三级时效处理工艺，实现al-mg-si系合金强度和韧性的最佳性能。
4、所述高强高韧al-mg-si系合金包括如下质量百分含量的成分：si：0.6％～1.2％，mg：0.7％～1.1％，mn：0.2％～0.8％，cu：0.5％～1.3％，sc：0.15％～0.5％，zr：0.15％～0.4％，不可避免的杂质含量总和小于0.2％，余量为al。
5、所述高强高韧al-mg-si系合金的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将纯al、纯mg、纯cu、al-si20中间合金、al-mn10中间合金、al-zr20中间合金以及al-sc2中间合金加热熔化，待合金完全熔化获得合金熔液，将合金熔液浇注到预热好的模具中，形成铝合金铸锭；
7、(2)将铝合金铸锭进行均质化处理，以获得均质态的铸锭；
8、(3)将均质态的铸锭进行非对称热挤压，然后依次进行固溶、预应变、三级时效处理得到高强高韧al-mg-si系合金。
9、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(1)中，加热熔化的温度为750-850℃。
10、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(1)中，将合金熔液在700℃～750℃静置保温20min后进行浇注。
11、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(2)中，均质化处理的温度为450℃～520℃，保温时间为3h～6h。
12、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)中，非对称热挤压的温度为450℃～510℃，挤压变形量为75％～97％，非对称比为(3：1)～(5：1)，挤压比为(20：1)～(25：1)。
13、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)中，固溶的温度为525℃～545℃，时间为1h～3h。
14、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)中，预应变的变形量为0.5-5％。
15、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(3)中，三级时效处理具体为：第一次时效温度为140℃～160℃，时间为4h～8h；第二次时效温度为160℃～185℃，时间为6h～10h；第三次时效温度为140℃～160℃，时间为4h～8h。
16、本发明的原理：非对称热挤压、固溶、预应变和三级时效相结合的工艺能够大幅度提升铝合金的强韧性。铝合金在经过非对称热挤压加工时，大塑性变形使得晶粒破碎，同时由于挤压口不对称，在其中产生大量的剪切应力，使得晶粒进一步被破碎，并产生大量位错，使铝合金得到细晶强化和位错强化。在进行固溶时加入的cu、mn、sc和zr元素会通过非对称挤压所产生的位错作为原子扩散的通道，固溶到铝合金中，使铝合金获得固溶强化。在对铝合金进行预应变时，由于预应变，在铝合金中会产生大量的位错，在后续的时效期间为原子扩散提供大量通道，析出大量的强化相，大幅度增强铝合金的性能。
17、本发明铝合金在成分上，添加了mn元素、cu元素、sc元素、zr元素等；mn元素的加入使得合金在时效过程中产生大量alsimncu析出相，增强合金的析出强化效果，并且可以使合金形成al12mn3si等弥散相，能够有效提高合金的再结晶温度，抑制合金固溶过程中的回复、再结晶和晶粒长大过程。有效提高合金的强度和塑性；cu元素的加入，会在合金中形成含cu相(qp1相、qp2相、q相)，这些新的析出相能提升铝合金的峰值强度和韧性；而sc元素与zr元素的加入能在合金中生成初生的al3sc、al3zr等粒子，在凝固过程中能够充当异质形核的核心，能够显著细化晶粒；并且残余的sc元素与zr元素在晶界处富集，抑制了其他元素的扩散，减缓了α-al基体的生长速度，细化了合金晶粒。
18、在经过非对称热挤压后，晶粒在大塑性、大剪切变形下被拉长与切碎，随后晶粒破碎成为更小的晶粒，同时在晶粒内部产生高密度的位错，随着位错的滑移晶粒不断被细化，形成更小的晶粒；再经过固溶+预应变+三级时效的处理后，铝合金中存在的mn、cu、sc、zr合金元素不断在位错处聚集，析出第二相形成团簇，并且经过三级时效后，晶界析出相粗化，间距增加，并且出现准稳定相的细小沉淀物加强了晶界的强度，使得铝合金的韧性进一步增加。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过合金成分和制备工艺之间的协同作用，共同实现铝合金的强韧性的显著提升，与常规的高强高韧铝合金生产相比，在成分上添加了cu、sc、zr、mn元素，采用非对称热挤压+固溶+预应变+三级时效处理的工艺，使铝合金在细晶强化、位错强化、形变强化以及第二相强化四者的协同作用下，强度与韧性大幅度提升；使得铝合金在强度提高的同时，韧性也提高，保障了成品的综合性能本。
1.一种高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，通过添加cu、mn、sc和zr元素，对合金成分进行优化设计，结合真空熔炼、均质化处理、非对称热挤压、固溶处理、预应变处理以及三级时效处理工艺，实现al-mg-si系合金强度和韧性的最佳性能；
2.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(1)中，加热熔化的温度为750-850℃。
3.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(1)中，将合金熔液在700℃～750℃静置保温20min后进行浇注。
4.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(2)中，均质化处理的温度为450℃～520℃，保温时间为3h～6h。
5.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(3)中，非对称热挤压的温度为450℃～510℃，挤压变形量为75％～97％，非对称比为(3：1)～(5：1)，挤压比为(20：1)～(25：1)。
6.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(3)中，固溶的温度为525℃～545℃，时间为1h～3h。
7.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(3)中，预应变的变形量为0.5-5％。
8.如权利要求1所述高强高韧al-mg-si系合金，其特征在于，所述步骤(3)中，三级时效处理具体为：第一次时效温度为140℃～160℃，时间为4h～8h；第二次时效温度为160℃～185℃，时间为6h～10h；第三次时效温度为140℃～160℃，时间为4h～8h。
