CN102766789B - 一种铝合金的制备方法 - 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

一种铝合金的制备方法
技术领域
[0001] 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
[0002] 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
[0003] 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。
[0004] 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% ;杂质兀素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 ;
[0005] 所述的合金中的Zr含量大于Sc含量。
[0006] 本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc招合金的制备方法,按如下步骤进行:
[0007] (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;
[0008] (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°C,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°C,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°C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 0C -740 0C ;
[0009] (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°C下进行24h,然后将铸锭取出强风冷至室温;
[0010] (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 °C ;
[0011] (5)固溶时效处理:在460°C温度下保温2h后进行水淬,然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温;
[0012] 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% ;
[0013] 所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc:l_3wt%,余量为Al ;Al_Zr中间合金的含量为Zr:3-5wt%,余量为 Al。
[0014] 与现用技术相比,本发明的特点及其有益效果是:
[0015] 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;
[0016] 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
[0017] 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:
[0018] 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。 [0019] 实施例1:
[0020] (I)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;
[0021] (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°C,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°C,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°C静置lOmin,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°C ;
[0022] (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°C下进行24h,然后将铸锭取出强风冷至室温;
[0023] (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 0C ;
[0024] (5)固溶时效处理:在460°C温度下保温2h后进行水淬,然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温,得到最终产品;
[0025] 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% ;
[0026] 所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc:lwt%,余量为Al ;Al_Zr中间合金的含量为Zr:3wt%,余量为 Al ;
[0027] 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%。
[0028] 实施例2:
[0029] (I)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;
[0030] (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°C,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°C,然后使用除气剂六氯乙烷处理lOmin,处理完毕后搅拌合金熔体并在750°C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740V ;
[0031] (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°C下进行24h,然后将铸锭取出强风冷至室温;
[0032] (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 0C ;
[0033] (5)固溶时效处理:在460°C温度下保温2h后进行水淬,然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温,得到最终产品;
[0034] 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% ;
[0035] 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 ;
[0036] 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%。`
[0037] 实施例3:
[0038] (I)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;
[0039] (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°C,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°C,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°C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°C ;
[0040] (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°C下进行24h,然后将铸锭取出强风冷至室温;
[0041] (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 0C ;
[0042] (5)固溶时效处理:在460°C温度下保温2h后进行水淬,然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温,得到最终产品;
[0043] 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% ;
[0044] 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 ;
[0045] 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 (3)

1.一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:8-9wt%, Mg:2.5-3.5wt%, Cu:2.3-3.5wt%, Zr:0.05-0.25wt%, Sc:0.01-0.10wt% ;杂质兀素 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,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°C,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°C,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°C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 0C -740 0C ; (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°C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°C; (5)固溶时效处理:在460°C温度下保温2h后进行水淬,然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温。
2.根据权利要求1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%。
3.根据权利要求1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:l_3wt%,余量为Al ;A1-Zr中间合金的含量为Zr:3_5wt%,余量为Al。
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