CN101838762A - 高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法,其特征在于它主要由Al、Zn、Mg、Cu、Zr、Sr和Sc组成,其中Zn的质量百分比为7.95~8.34%,Mg的质量百分比为1.80~1.89%,Cu的质量百分比为1.59~1.83%,Zr的质量百分比为0.148~0.151%,Sr的质量百分比为0.0237~0.0599%,Sc的质量百分比为0.015~0.103%,余量为铝和少量杂质元素。该合金的制备工艺流程为:将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、纯Zn和纯Mg,待其熔化后加入六氯乙烷精炼,静置保温5~10min后浇铸成锭;然后进行退火、锻压加工、固溶时效处理的后处理。本发明合金的硬度高达210.1~212.2HV,按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)进行腐蚀,其表面仅出现轻微点蚀,处于PA级。

Description

高硬抗剥蚀7000系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方法,尤其是一种具有优良改善性能的7000系铝合金及其制备方法,具体地说是一种添加了微量合金元素的高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法。
背景技术
众所周知,7000系(Al-Zn-Mg-Cu系)铝合金是现代航空航天、武器装备等领域的关键结构材料。其中7055(基本成分为Al-7.6~8.4Zn-1.8~2.3Mg-2.0~2.6Cu-0.08~0.25Zr)和7085(基本成分为Al-7.0~8.0Zn-1.2~1.8Mg-1.3~2.0Cu-0.08~0.15Zr)铝合金备受关注。前者是新一代高硬度、高强度铝合金,但其抗腐蚀性较差,淬透性较低,限制了其在厚板(板厚限于38mm)等领域的应用。后者是新一代高抗腐蚀性、高淬透性(板厚可达300mm)、高强度铝合金,但其硬度、强度明显不如前者。
在7000系铝合金中保持较高的Zn/Mg比是得到良好抗腐蚀性、淬透性的基础,而微合金化则也是提高铝合金组织与性能的有效手段。从7055和7085铝合金的主成分来看,其Zn/Mg比的平均值分别为3.9和5.1,相差很大。从微合金化来看,这两个合金都仅采用了过渡族元素(Zr)进行微合金化。
锶(Sr)是一种活性很高的元素,加入铝中能对Sc、Zr起到降低其烧损的保护作用,并且Sr是一种长效变质剂,能有效地净化熔体、去除杂质、细化组织、提高合金元素分布均匀性。
钪(Sc)既是3d过渡族元素,又是稀土元素,对铝合金具有神奇的合金化作用。铝合金铸造凝固时少部分的Sc以初生Al3Sc颗粒形式析出,起到非均质晶核的作用,细化合金铸态组织,促进等轴晶形成,提高合金元素分布均匀性。大部分的Sc固溶于凝固后的固溶体中,在随后的热加工(退火、热变形、固溶处理)过程中,以次生Al3Sc质点形式析出,其尺寸细小(直径小于20纳米),并与基体共格(晶格错配度为1.2%),可以有效地钉扎位错和亚晶界,抑制再结晶和晶粒长大,同时还可以改变主要强化相的尺寸、形貌、分布或生成新的强化相,抑制晶界无析出带并使晶界第二相分布离散不连续,大大提高合金的强度、抗蚀性、热稳定性、可焊性等一系列性能。
因此,Sr和Sc复合微合金化可以明显提高铝合金的性能。但是,到目前为止,尚未有一种Sr和Sc复合微合金化的7000系铝合金可供使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的7000系铝合金存在的高硬度与高抗剥蚀性能很难兼顾的问题,提供一种添加有微量元素的高硬抗剥蚀7000系铝合金及其制备方法。
本发明的技术方案是:
一种高硬抗剥蚀7000系铝合金,其特征是它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锆(Zr)、锶(Sr)和钪(Sc)组成,其中Zn的质量百分比为7.95~8.34%,Mg的质量百分比为1.80~1.89%,Cu的质量百分比为1.59~1.83%,Zr的质量百分比为0.148~0.151%,Sr的质量百分比为0.0237~0.0599%,Sc的质量百分比为0.015~0.103%,余量为铝和少量杂质元素。
一种高硬抗剥蚀7000系铝合金的制备方法,其特征在于:
首先,将纯Al熔化,然后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、纯Zn、纯Mg,待全部依次熔入熔化的纯铝中后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体溢出,静置保温5~10min后去渣浇铸成锭。
其次,对熔铸成锭的合金进行后处理;即可获得高硬抗剥蚀7000系铝合金。
所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%,Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%、Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%,Al-Sc中间合金中Sc的质量百分比为2%。
所述的浇铸成锭合金的后处理其最佳工艺为470~490℃×24h退火、430~450℃预热后的锻压加工、470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h共三次固溶处理和最终的121℃×24h时效处理。
本发明的有益效果:
(1)本发明获得了一种合金化程度和Zn/Mg比都介于7055和7085铝合金之间的高硬抗剥蚀铝合金。
(2)本发明铝合金的硬度高达210.1~212.2HV。
(3)本发明铝合金经固溶处理470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h+时效处理121℃×24h后,合金的组织处于未再结晶状态,按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)其抗剥落腐蚀性能处于PA级。
(4)本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法,尤其是通过采用按次序加入中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量,按本发明的添加次序能容易地得到符合要求的铝合金材料。
附图说明
图1是本发明的铝合金经固溶处理470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h+时效处理121℃×24h后的微观组织金相图。
图2本发明的铝合金剥落腐蚀试验后表面形貌光学显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1、2所示。
一种高硬抗剥蚀7000系铝合金按以下方法制造而得。
按45kg合金配制。
先将32.79kg A00等级纯Al(主要成分:99.79%Al,0.14%Fe,0.04%Si,所有含量均为质量百分比,下同)熔化后依次加入1.75kg Al-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、1.09kgAl-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.80kg Al-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、2.43kg Al-Sc中间合金(98%Al,2%Sc)(Sc的损失率约为5%)、4.08kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)和1.06kg纯Mg(Mg的损失率约为20%),所述的中间合金可直接从市订购,也可采用常规方法配制,待所有中间合金和金属熔化在纯铝中后,再加入六氯乙烷精炼(加入量为90g)除气直至没有气体溢出,静置保温5~10min后去渣并浇铸成锭。对熔铸成锭的合金进行470~490℃×24h的退火,接着经430~450℃预热后进行锻压加工,最后进行470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h固溶处理(连续进行三次,总计6小时)、121℃×24h时效处理,即可得到本发明的高硬抗剥蚀铝合金。
该合金的硬度实测值为212.2HV,合金的组织处于未再结晶状态(附图1),按国标GB/T 22639-2008(铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法)进行腐蚀,其表面仅出现轻微点蚀(附图2),处于PA级。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为:8.34Zn,1.89Mg,1.83Cu,0.151Zr,0.0599Sr,0.103Sc,余量为铝和少量杂质元素。
实施例二
一种高硬抗剥蚀7000系铝合金可按以下方法步骤制造而得。
按45kg合金配制。
先将36.03kgA00等级纯Al(成分:99.79Al,0.14Fe,0.04Si)熔化后依次加入1.52kg Al-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、0.43kg Al-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.76kgAl-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、0.36kg Al-Sc中间合金(98%Al,2%Sc)(Sc的损失率约为5%)、3.89kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.01kg纯Mg(Mg的损失率约为20%),所述的中间合金可直接从市订购,也可采用常规方法配制,待所有中间合金和金属熔化在纯铝中后,再加入六氯乙烷精炼(加入量为90g)除气,静置保温5~10min后去渣并浇铸成锭。对熔铸成锭的合金进行470~490℃×24h的退火,接着在430~450℃加热后进行锻压加工,最后进行470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h固溶处理(连续进行三次,总计6小时)、121℃×24h时效处理,即可得到本发明的高硬抗剥蚀铝合金。
该合金硬度实测值为210.1HV。合金的组织处于未再结晶状态,按国标GB/T 22639-2008其表面仅出现轻微点蚀,处于PA级。
本实施例的铝合金的光谱实际测量成分为:7.95Zn,1.80Mg,1.59Cu,0.148Zr,0.0237Sr,0.015Sc,余量为铝和少量杂质元素。
实施例三
一种高硬抗剥蚀7000系铝合金可按以下方法步骤制造而得。
按45kg合金配制。
先将34.197kg A00等级纯Al(成分:99.79Al,0.14Fe,0.04Si)熔化后依次加入1.638kg Al-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、0.766kgAl-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.785kg Al-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、1.587kg Al-Sc中间合金(98%Al,2%Sc)(Sc的损失率约为5%)、3.986kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.041kg纯Mg(Mg的损失率约为20%),所述的中间合金可直接从市订购,也可采用常规方法配制,待所有中间合金和金属熔化在纯铝中后,再加入六氯乙烷精炼(加入量为90g)除气,静置保温5~10min后去渣并浇铸成锭。对熔铸成锭的合金进行470~490℃×24h的退火,接着在430~450℃加热后进行锻压加工,最后进行470℃×2h-480℃×2h-490℃×2h固溶处理(连续进行三次,总计6小时)、121℃×24h时效处理,即可得到本发明的高硬抗剥蚀铝合金。
该合金硬度实测值为210.5HV,合金的组织处于未再结晶状态,按国标GB/T 22639-2008其表面仅出现轻微点蚀,处于PA级。
本实施例的铝合金的光谱实际测量成分为:8.15Zn,1.850Mg,1.71Cu,0.150Zr,0.0421Sr,0.067Sc,余量为铝和少量杂质元素。
以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法,本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得硬度高、抗剥蚀性能好的7000系铝合金。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种高硬抗剥蚀7000系铝合金,其特征是它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锆(Zr)、锶(Sr)和钪(Sc)组成,其中Zn的质量百分比为7.95~8.34%,Mg的质量百分比为1.80~1.89%,Cu的质量百分比为1.59~1.83%,Zr的质量百分比为0.148~0.151%,Sr的质量百分比为0.0237~0.0599%,Sc的质量百分比为0.015~0.103%,余量为铝和少量杂质元素。
2.一种权利要求1所述的高硬抗剥蚀7000系铝合金的制备方法,其特征在于:
首先,将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、纯Zn和纯Mg,待全部依次与纯铝熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体溢出,静置保温5~10min后浇铸成锭;
其次,对熔铸成锭的铝合金进行后处理;即可获得高硬抗剥蚀7000系铝合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征是所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%,Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%、Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%,Al-Sc中间合金中Sc的质量百分比为2%。
4.根据权利要求2所述的高硬抗剥蚀7000系铝合金的制备方法,其特征在于:所述的浇铸成锭的铝合金的后处理包括470~490℃×24h退火、430~450℃预热后的锻压加工、470℃×2h、480℃×2h和490℃×2h三次固溶处理和最终的121℃×24h时效处理。
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