CN102766789A - 一种铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有色金属技术领域，具体涉及一种铝合金及其制备方法。本发明的铝合金，其各组分按重量百分比为：Zn：8-10wt%，Mg：2.5-3.5wt%，Cu：2.3-3.5wt%，Zr：0.05-0.25wt%，Sc：0.01-0.10wt%；杂质元素Si含量≤0.1%，Fe含量≤0.15%，其他元素每种少于0.05%，且总量少于0.5%，余量为Al；本发明技术方案合理控制合金中Sc含量，提高Zr含量，在保证合金强度及延伸率的同时大幅度降低合金生产成本，其抗拉强度750MPa以上，屈服强度700MPa以上，延伸率10%以上，具有优异的综合性能，适合于需要高强度的轻质结构件中。

Description

一种铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属技术领域，具体涉及一种铝合金及其制备方法。
背景技术
高强度高韧性Al-Zn-Mg-Cu铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点，是航空航天领域的重要结构材料。随着航空航天、交通运输等工业技术的发展，对结构材料的要求逐渐提高。通过微合金化可以有效抑制Al-Zn-Mg-Cu铝合金再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织。早期，通过添加微量Cr、Mn形成功非共格弥散相，后改为加入Sc、Zr、Er等形成共格弥散相。目前，国内外已开发出的强度达600MPa级的Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，以及强度达到700MPa左右的Al-Zn-Mg-Cu-RE系超高强铝合金，特别是添加Sc是目前抑制再结晶效果最好的办法，它可以形成与基体共格的Al3Sc弥撒相粒子，也可以用Zr代替部分Sc，形成Al3(Zr,Sc)相。但是由于Sc的价格昂贵，而Sc的添加量一般需＞1%才有效果，因此，难以实际用于工业铝合金的生产。
发明内容
本发明的目的是在铝合金中加入价格便宜的元素Zr，代替大部分的Sc，使Sc的添加量小于Zr的添加量，且实际含量小于0.15%，大幅度降低Sc的添加量，以便于工业铝合金的生产。同时配以合理的热处理制度，使得所开发合金在Sc含量远小于传统合金添加量的同时，获得优良的强韧性能。
本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc铝合金，其各组分按重量百分比为：Zn：8-10wt%，Mg：2.5-3.5wt%，Cu：2.3-3.5wt%，Zr：0.05-0.25wt%，Sc：0.01-0.10wt%；杂质元素Si含量≤0.1%，Fe含量≤0.15%，其他元素每种少于0.05%，且总量少于0.5%，余量为Al；
所述的合金中的Zr含量大于Sc含量。
本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc铝合金的制备方法，按如下步骤进行：
（1）原料配制：以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比：Zn：8-10wt%，Mg：2.5-3.5wt%，Cu：2.3-3.5wt%，Zr：0.05-0.25wt%，Sc：0.01-0.10wt%，余量为Al，进行备料；
（2）合金熔炼及浇注：在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至720-740℃，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-760℃，然后使用除气剂六氯乙烷处理5-10min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置10-20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730℃-740℃；
（3）均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：460℃下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
（4）挤压处理：挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380℃；
（5）固溶时效处理：在460℃温度下保温2h后进行水淬，然后在120℃温度条件下保温24h后空冷至室温；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99.5wt%；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc：1-3wt%，余量为Al；Al-Zr中间合金的含量为Zr：3-5wt%，余量为Al。
与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是：
1.本发明技术方案合理控制合金中Sc含量，提高Zr含量，在保证合金强度及延伸率的同时大幅度降低合金生产成本；
2.本发明合金在时效态下，其抗拉强度750MPa以上，屈服强度700MPa以上，延伸率10%以上，具有优异的综合性能，适合于需要高强度的轻质结构件中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：
下述实施例使用“SANS CMT-5105型微机控制电子万能试验机”进行拉伸试验，测量其抗拉强度和屈服强度。
实施例1：
（1）原料配制：以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比：Zn：8wt%，Mg：3.5wt%，Cu：3.5wt%，Zr：0.05wt%，Sc：0.01wt%，余量为Al，进行备料；
（2）合金熔炼及浇注：在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至720℃，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740℃，然后使用除气剂六氯乙烷处理5min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置10min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730℃；
（3）均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：460℃下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
（4）挤压处理：挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380℃；
（5）固溶时效处理：在460℃温度下保温2h后进行水淬，然后在120℃温度条件下保温24h后空冷至室温，得到最终产品；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99.5wt%；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc：1wt%，余量为Al；Al-Zr中间合金的含量为Zr：3wt%，余量为Al；
得到的最终产品其抗拉强度765.7MPa以上，屈服强度718.6MPa以上，延伸率10.1%。
实施例2：
（1）原料配制：以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比：Zn： 10wt%，Mg：3.5wt%，Cu：3.5wt%，Zr：0.25wt%，Sc：0.10wt%，余量为Al，进行备料；
（2）合金熔炼及浇注：在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至740℃，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至760℃，然后使用除气剂六氯乙烷处理10min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为740℃；
（3）均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：460℃下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
（4）挤压处理：挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380℃；
（5）固溶时效处理：在460℃温度下保温2h后进行水淬，然后在120℃温度条件下保温24h后空冷至室温，得到最终产品；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99.5wt%；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc：3wt%，余量为Al；Al-Zr中间合金的含量为Zr：5wt%，余量为Al；
得到的最终产品其抗拉强度777.3MPa以上，屈服强度728.9MPa以上，延伸率10.85%。
实施例3：
（1）原料配制：以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比：Zn：9wt%，Mg：3wt%，Cu：3wt%，Zr：0.10wt%，Sc：0.05wt%，余量为Al，进行备料；
（2）合金熔炼及浇注：在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至730℃，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至750℃，然后使用除气剂六氯乙烷处理8min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置15min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为735℃；
（3）均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：460℃下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
（4）挤压处理：挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380℃；
（5）固溶时效处理：在460℃温度下保温2h后进行水淬，然后在120℃温度条件下保温24h后空冷至室温，得到最终产品；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99.5wt%；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc：2wt%，余量为Al；Al-Zr中间合金的含量为Zr：4wt%，余量为Al；
得到的最终产品其抗拉强度770.7MPa以上，屈服强度723.9MPa以上，延伸率11.9%以上。

Claims (5)

1.一种铝合金，其特征在于其各组分按重量百分比为：Zn：8-10wt%，Mg：2.5-3.5wt%，Cu：2.3-3.5wt%，Zr：0.05-0.25wt%，Sc：0.01-0.10wt%；杂质元素Si含量≤0.1%，Fe含量≤0.15%，其他元素每种少于0.05%，且总量少于0.5%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金，其特征在于所述的合金中的Zr含量大于Sc含量。
3.权利要求1所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）原料配制：以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比：Zn：8-10wt%，Mg：2.5-3.5wt%，Cu：2.3-3.5wt%，Zr：0.05-0.25wt%，Sc：0.01-0.10wt%，余量为Al，进行备料；
（2）合金熔炼及浇注：在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至720-740℃，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-760℃，然后使用除气剂六氯乙烷处理5-10min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750℃静置10-20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730℃-740℃；
（3）均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：460℃下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
（4）挤压处理：挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380℃；
（5）固溶时效处理：在460℃温度下保温2h后进行水淬，然后在120℃温度条件下保温24h后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99.5wt%。
5.根据权利要求3所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc：1-3wt%，余量为Al；Al-Zr中间合金的含量为Zr：3-5wt%，余量为Al。
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