CN101050499A

CN101050499A - 高强高韧7055铝合金及其制备方法

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Publication number: CN101050499A
Application number: CN 200710072213
Authority: CN
Inventors: 王凤春; 李念奎; 单长智; 王志超; 王国军; 陶志民
Original assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Current assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: CN100462462C

Abstract

高强高韧7055铝合金及其制备方法，它涉及一种铝合金及其制备工艺，本发明的目的是为解决现有7055铝合金的强度只有500 MPa左右，延伸率不超过5％，铸锭的规格较小的问题。本发明高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：7.6～8.4％、杂质0.1％和余量为Al制成。本发明的高强高韧7055铝合金的强度(σ_b≥610 MPa)比同等状态的其他合金制品至少高出100 MPa，高强高韧7055铝合金的延伸率(δ₅≥6％)比同等状态的其他合金制品至少高出1％。本发明的方法铸造出φ405×1000mm和φ360×1000mm两种规格的铸锭。

Description

高强高韧7055铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制备工艺。

背景技术

现有7055铝合金的强度只有500MPa左右，延伸率也不超过5％，而且铸锭的规格较小，不能满足航空、航天工业的需要。造成上述问题的主要原因在于现有7055铝合金的组分不尽合理，7055铝合金的制备工艺还存在缺陷。

发明内容

本发明的目的是为解决现有7055铝合金的强度只有500MPa左右，延伸率不超过5％，铸锭的规格较小，不能满足航空、航天工业的需要的问题，提供一种高强高韧7055铝合金及其制备方法。本发明的高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：7.6～8.4％、杂质0.1％和余量为Al制成。本发明高强高韧7055铝合金的制备方法是按以下步骤实现的：(1)按重量百分比取Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.25％、Zn：7.6～8.4％和余量的Al配料，投料前在炉底均匀铺撒一层1号熔剂，将除Zr以外的原料都投到熔炉中，投料后在炉料上均匀铺撒一层覆盖剂，以减少熔体的氧化、吸气和造渣；(2)熔炼时采用快速升温熔化，减少熔炼时间，即从固体料装炉到全部熔化为10～14小时，加入Zr后尽快使熔体温度降到精炼温度，减少熔体在炉内的停留时间，以减少熔体的吸气和氧化；(3)严格控制熔炼温度和800℃以上的停留时间，停留时间≤30分钟；(4)精炼时采用二次精炼，先用熔剂块精炼，然后再用氩气精炼7min；熔炼工具接触铝熔体的部分喷涂TiO₂；(5)采用陶瓷过滤片过滤，减少夹渣；(6)使用7055合金一级废料量要达到30％，没有废料要制造废料；(7)严格控制Fe＞Si，以抑制有害针状β相(Fe₂Si₂Al₉)的产生，使之生成危害较小的骨骼状α相(FeSi₃Al₁₂)，这样才能有利于缩小合金的脆性区，改善合金的热裂纹倾向性，提高合金的铸造性能；(8)适当调整Zn、Mg含量的比值，因为当Zn、Mg比增加时，会导致Al-Zn-Mg-Cu系合金裂纹倾向性的增加，而降低Zn、Mg比则有利于抑制合金裂纹的产生，所以该合金在调整成分时要控制Zn含量位于中下限，Mg含量位于中上限，以降低Zn、Mg含量的比值，改善合金的铸造性能；(9)以100cm/min的速度在线点入流槽内熔体Al-Ti-B细化剂，可以明显地降低合金的裂纹倾向性；

(10)改善冷却水冷系统，使大面水、小面水及三次水分别单独控制；大、小面水结合处要调整好水冷强度；(11)采用挡水板装置，有效地控制铸锭裂纹的产生；(12)采用隔热膜铸造技术，可以显著地降低合金的裂纹倾向性；(13)铸造工艺参数为：铸造温度：685～710℃，铸造速度：26～35mm/min，铸造水压：0.06～0.1MPa，铸锭规格：360～1000mm。本发明的高强高韧7055铝合金的强度(σ_b≥610MPa)比同等状态的其他合金制品至少高出100Mpa，高强高韧7055铝合金的延伸率(δ₅≥6％)比同等状态的其他合金制品至少高出1％。所以高强高韧7055铝合金的综合性能具有一定的优越性。高强高韧7055铝合金由于合金化程度比较高，Zn含量高达7.6～8.4％，大规格铸锭的成型属于世界性难题，本发明的方法突破了这一难关，铸造出φ405×1000mm和φ360×1000mm两种规格的铸锭。最终成品锻件规格：J8-301、J8-302、J8-25，带板规格：25×102mm。

高强高韧7055铝合金制品的技术指标

品种	状态	规格/mm	试样取向	抗拉强度σ_b(MPa)	屈服强度σ_0.2(MPa)	延伸率δ₅(％)	断裂韧性K_Ic(MPa/m^1/2)
品种	状态	规格/mm	试样取向	抗拉强度σ_b(MPa)	屈服强度σ_0.2(MPa)	延伸率δ₅(％)	断裂韧性K_Ic(MPa/m^1/2)	模锻件	T77	≤50	纵向	≥560	≥510	≥6	≥23
挤压带板	T77511	25×102	L-T	≥610	≥560	≥6	≥23	模锻件	T77	≤50	纵向	≥560	≥510	≥6	≥23

本发明的高强高韧7055铝合金在保证有合格的断裂韧性及抗腐蚀性的前提下，显著提高了抗压强度、抗拉屈服强度(其静载强度是现有铝合金中最高的)，很好地解决了为兼顾耐蚀而降低强度从而导致降低结构效率、增加结构重量的矛盾，很好地满足了航天、航空选材、用材的急需。而该合金的生产技术关键是大规格扁锭的熔铸成形。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：7.6～8.4％、杂质0.1％和余量为Al制成。

具体实施方式二：本实施方式Cu的重量百分比为高强高韧7055铝合金总重量的2.3％，即高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2.3％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：7.6～8.4％、杂质0.1％和余量为Al制成。

具体实施方式三：本实施方式Mg的重量百分比为高强高韧7055铝合金总重量的2.1％，即高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2.3％、Mn：0.05％、Mg：2.1％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：7.6～8.4％、杂质0.1％和余量为Al制成。

具体实施方式四：本实施方式Zn的重量百分比为高强高韧7055铝合金总重量的8.1％，即高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2.3％、Mn：0.05％、Mg：2.1％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：8.1％、杂质0.1％和余量为Al制成。

具体实施步骤五：本实施方式高强高韧7055铝合金的配料及熔铸方法是按以下步骤实现的：(1)按重量百分比取Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.25％、Zn：7.6～8.4％和余量的Al配料，投料前在炉底均匀铺撒一层1号熔剂，将除Zr以外的原料都投到熔炉中，投料后在炉料上均匀铺撒一层覆盖剂，以减少熔体的氧化、吸气和造渣；(2)熔炼时采用快速升温熔化，减少熔炼时间，即从固体料装炉到全部熔化为10～14小时，加入Zr后尽快使熔体温度降到精炼温度，减少熔体在炉内的停留时间，以减少熔体的吸气和氧化；(3)严格控制熔炼温度和800℃以上的停留时间，停留时间≤30分钟；(4)精炼时采用二次精炼，先用熔剂块精炼，然后再用氩气精炼7min；熔炼工具接触铝熔体的部分喷涂TiO₂；(5)采用陶瓷过滤片过滤，减少夹渣；(6)使用7055合金一级废料量要达到30％，没有废料要制造废料；(7)严格控制Fe＞Si，以抑制有害针状β相(Fe₂Si₂Al₉)的产生，使之生成危害较小的骨骼状α相(FeSi₃Al₁₂)，这样才能有利于缩小合金的脆性区，改善合金的热裂纹倾向性，提高合金的铸造性能；(8)适当调整Zn、Mg含量的比值，因为当Zn、Mg比增加时，会导致Al-Zn-Mg-Cu系合金裂纹倾向性的增加，而降低Zn、Mg比则有利于抑制合金裂纹的产生，所以该合金在调整成分时要控制Zn含量位于中下限，Mg含量位于中上限，以降低Zn、Mg含量的比值，改善合金的铸造性能；(9)以100cm/min的速度在线点入流槽内熔体Al-Ti-B细化剂，可以明显地降低合金的裂纹倾向性；(10)改善冷却水冷系统，使大面水、小面水及三次水可以分别单独控制；大、小面水结合处要调整好水冷强度；(11)采用挡水板装置，有效地控制铸锭裂纹的产生；(12)采用隔热膜铸造技术，可以显著地降低合金的裂纹倾向性；(13)参照表2调整好铸造工艺参数，使铸造应力分布均匀，减少裂纹倾向。

表2 高强高韧7055铝合金扁锭的铸造工艺参数

铸锭规格mm	铸造温度℃	铸造速度mm/min	铸造水压MPa	铺底	回火
铸锭规格mm	铸造温度℃	铸造速度mm/min	铸造水压MPa	铺底	回火	360×1000	685～710	26～35	0.06～0.1	+	+

配料时使用高纯铝、电解铜、纯镁锭、纯锌锭。

本实施方式中所述1号熔剂按重量百分比由KCl 50％、NaCl 26％和Na₃AlF₆ 24％组成；所述覆盖剂按重量百分比由KCl50％和NaCl50％组成；所述精炼温度是710度。

Claims

1、一种高强高韧7055铝合金，其特征在于高强高韧7055铝合金按重量百分比由Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.2％、Zn：7.6～8.4％、杂质0.1％和余量为Al制成。

2、根据权利要求1所述的高强高韧7055铝合金，其特征在于Cu的重量百分比为高强高韧7055铝合金总重量的2.3％。

3、根据权利要求2所述的高强高韧7055铝合金，其特征在于Mg的重量百分比为高强高韧7055铝合金总重量的2.1％。

4、根据权利要求3所述的高强高韧7055铝合金，其特征在于Zn的重量百分比为高强高韧7055铝合金总重量的8.1％。

5、制备权利要求1所述高强高韧7055铝合金的方法，其特征在于高强高韧7055铝合金的配料及熔铸方法是按以下步骤实现的：(1)按重量百分比取Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.25％、Zn：7.6～8.4％和余量的Al配料，投料前在炉底均匀铺撒一层1号熔剂，将除Zr以外的原料都投到熔炉中，投料后在炉料上均匀铺撒一层覆盖剂，以减少熔体的氧化、吸气和造渣；(2)熔炼时采用快速升温熔化，减少熔炼时间，即从固体料装炉到全部熔化为10～14小时，加入Zr后尽快使熔体温度降到精炼温度，减少熔体在炉内的停留时间，以减少熔体的吸气和氧化；(3)严格控制熔炼温度和800℃以上的停留时间，停留时间≤30分钟；(4)精炼时采用二次精炼，先用熔剂块精炼，然后再用氩气精炼7min；熔炼工具接触铝熔体的部分喷涂TiO₂；(5)采用陶瓷过滤片过滤，减少夹渣；(6)使用7055合金一级废料量要达到30％，没有废料要制造废料；(7)严格控制Fe＞Si，以抑制有害针状β相(Fe₂Si₂Al₉)的产生，使之生成危害较小的骨骼状α相；(8)调整Zn、Mg含量的比值，调整成分时要控制Zn含量位于中下限，Mg含量位于中上限，以降低Zn、Mg含量的比值，改善合金的铸造性能；(9)以100cm/min的速度在线点入流槽内熔体Al-Ti-B细化剂；(10)改善冷却水冷系统，使大面水、小面水及三次水分别单独控制；大、小面水结合处要调整好水冷强度；(11)采用挡水板装置，控制铸锭裂纹的产生；(12)采用隔热膜铸造方法；(13)铸造工艺参数为：铸造温度：685～710℃，铸造速度：26～35mm/min，铸造水压：0.06～0.1MPa，铸锭规格：360～1000mm。

6、根据权利要求5所述的高强高韧7055铝合金的制备方法，其特征在于1号熔剂按重量百分比由KCl 50％、NaCl 26％和Na₃AlF₆ 24％组成。

7、根据权利要求5所述的高强高韧7055铝合金的制备方法，其特征在于覆盖剂按重量百分比由KCl50％和NaCl50％组成。

8、根据权利要求5所述的高强高韧7055铝合金的制备方法，其特征在于精炼温度是710度。