CN101215659A - 一种高强韧含锰铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强韧铝合金，特别涉及一种喷射成形制备的高强高韧的7000系铝合金材料，其成分按重量百分比计为：Zn：8.0～9wt％，Mg：2.5～3.2wt％，Cu：1.5～2.0wt％，Mn：0.8～2.5wt％，Zr：0.1～0.3wt％，Ti：0.01～0.3wt％，B：0.005～0.05wt％，Al：余量。高强韧铝合金的强化相除常见的G.P区、η′和η(MgZn2)相外，还有弥散细小的含锰金属间化合物，使之具有超过800MPa的抗拉强度和达到5.3％及以上的延伸率，具有更好的耐热性，可以提高航空及运输工具材料的结构效率和性能。

Description

一种高强韧含锰铝合金
技术领域
本发明涉及高强韧铝合金，特别涉及一种喷射成形制备的高强高韧的7000系铝合金材料。
背景技术
超高强Al-Zn-Mg-Cu(7000)系铝合金是铝合金中强度最高的一种，如何能获得更高的强度和韧性是目前高强度铝合金研究中的重要方向和前沿问题。
作为沉淀强化型的高强铝合金，其高强度最主要是通过大量细小的、均匀分布的纳米级颗粒的沉淀析出实现的。另外，获得细小的、均匀的基体组织以及亚微米级或更为细小的金属间化合物弥散相颗粒在基体上的均匀分布也会明显提高铝合金的强度和改善铝合金塑韧性。沉淀颗粒的析出是通过一系列的固溶、时效处理完成的。
对铝元素来说，在高温到低温的冷却过程中，没有晶体点阵类型的变化，故不可能通过晶格点阵的切变来达到合金化元素的过饱和。为进一步增加铝合金中沉淀析出相的含量，提高铝合金的强度，只能提高铝合金的合金化程度，即增大铝合金中合金化元素的含量(过饱和度)，以期析出更多的沉淀相来强化合金。当前广泛应用的7075铝合金，就因为合金化元素含量较低，无论是常规的铸锭冶金还是快速凝固方法，所制备的7075铝合金下强度分别为500MPa和550MPa。
现有的研究业已证明，提高铝合金中合金化元素Zn的含量可以显著地提高铝合金的强度，随Zn含量的增加，铝合金的强度随之增加，而铝合金的塑韧性却明显地降低，材料的耐腐蚀性降低，恶化材料的综合性能。同时，由于Zn元素的熔点比较低，密度比较大，过高的Zn含量会增大材料制备过程中的热裂趋势和易于产生宏观偏析。因此，如何既获得高的强度，又保持铝合金的较高的塑韧性，成为高强韧铝合金研究的重点和热点。
基于既提高铝合金强度又保持铝合金的塑韧性的原因，本发明设想在7000系铝合金中，在一定的Zn含量前提下，通过添加合金化元素Mn、Zr等金属间化合物形成元素，期望获得细小的金属间化合物弥散相，对铝合金产生弥散强化作用，同时细化铝合金基体组织，产生附加的细晶强化作用，改善铝合金的塑韧性，采用喷射成形的制备方式，获得细小均匀的等轴晶、抑制粗大一次金属间化合物相的析出和较大的过饱和度等微观组织，从而获得理想的成分、组织，加上合理的后续处理工艺，制备出一种具有超高强度和高韧性的含锰7000系铝合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高韧的7000系铝合金材料，使之具有超过800MPa的抗拉强度和达到5.3％及以上的延伸率，以提高航空及运输工具材料的结构效率和性能。
本发明高强韧含锰铝合金的成分(重量百分比)范围为：Zn：8.0～9wt％，，Mg：2.5～3.2wt％，Cu：1.5～2.0wt％，Mn：0.8～2.5wt％，Zr：0.1～0.3wt％，Ti：0.01～0.3wt％，B：0.005～0.05wt％，Al：余量。
本发明制备上述高强韧铝合金材料的工序包含喷射成形制坯，沉积坯的热挤压以及挤压铝合金的固溶和时效处理。
本发明所设计的合金通过喷射成形制坯，沉积坯的热挤压以及挤压铝合金的固溶和时效处理，其抗拉强度超过800MPa，延伸率高达5.3％。由图1可以看出，所制备的含锰铝合金沉积坯经过热挤压、固溶及时效处理后，具有细小、均匀的基体晶粒组织，基体晶粒平均尺寸约为15μm，亚微米级或更为细小的的金属间化合物颗粒均匀分布其上。细小均匀的基体组织不仅可以提高铝合金的强度，还可以保证铝合金进行均匀塑性变形，避免变形过程中的应力或应变集中，有利于铝合金韧性的提高。亚微米及更为细小的均匀分布的金属间化合物颗粒，不仅弥散强化铝合金，还可以阻止铝合金基体晶粒的长大，使铝合金具有细小的晶粒组织，促进铝合金的均匀塑性变形；另外，金属间化合物具有较高的稳定性，可以使铝合金在高于时效沉淀相回溶或粗化的温度下仍具有一定的强度，从而使高强韧含锰铝合金具有更好的耐热性。从图2可以明显看出，所制备的含锰高强韧铝合金具有较高的抗拉强度和屈服强度。
附图说明
图1是高强韧含锰铝合金的显微组织。
图2是高强韧含锰铝合金的应力应变曲线(局部)。
具体实施方式
铝合金实例采用的成分如表1：
表1实例成分表(单位：wt％)
  Al   Zn   Mg   Cu   Mn   Zr   Ti   B
 实例1实例2实例3   余量余量余量   8.28.89.0   3.02.92.6   21.61.5   2.01.00.8   0.30.150.1   0.250.20.01   0.050.030.001
采用以下制备工艺：
1.喷射成形制备含锰高强韧铝合金沉积坯。
根据所配制的高强韧铝合金的成分，将市售的铝基中间合金放入感应熔炼炉中，然后抽真空，达到一定的真空度后，用高纯氮气洗炉两次后送电熔化铝合金。全部铝合金熔化后，进行喷射成形制取含锰高强韧铝合金的沉积坯，具体工艺参数如下：熔体温度850℃，雾化压力为0.5MPa，导流嘴直径为3mm，接收距离450mm，偏心距保持在30mm。
2.对制得的沉积坯进行车削等加工，获得外表光洁的铝合金圆柱体，以便于铝合金的热挤压。
3.铝合金的热挤压。
热挤压温度为450℃，挤压比为22∶1，挤压速率为0.5m/min。
4.固溶和时效处理。
挤压棒的固溶处理温度为480℃，保温时间为90分钟，水冷；时效处理制度为120℃保温24小时。
实例1、实例2和实例3分别经过上述处理后，铝合金试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率见表2。由此可以看出，在本成分范围之内，所制备的高强韧含锰铝合金强度高达800MPa以上，延伸率超过5.3％。
表2实例的强度和延伸率
  抗拉强度/MPa   屈服强度/MPa   延伸率/％
  实例1实例2实例3   805810808   760770770   6.15.35.5

Claims (1)

1.一种高强韧含锰铝合金，其成分按重量百分比计为：Zn：8.0～9wt％，Mg：2.5～3.2wt％，Cu：1.5～2.0wt％，Mn：0.8～2.5wt％，Zr：0.1～0.3wt％，Ti：0.01～0.3wt％，B：0.005～0.05wt％，Al：余量。
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Denomination of invention: High-toughness manganese-containing aluminum alloy

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