CN103255327B - 一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金及制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金及制备工艺，属于高强耐蚀铝材料技术领域。按Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er质量百分比将铝锭加热熔化后加入Al-Cu，Al-Mn Al-Zr，Al-Er，再加入Zn、Mg；压入C₂Cl₆精炼，扒渣，将熔体浇注到水冷模中，通过半连续水冷铸造，获得铸态铝合金,，然后均匀化处理，热挤压，固溶处理，双级时效工艺130℃/8h+170℃/8h。本发明在保证合金的强度同时改善合金的耐腐蚀性能。

Description

一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金及制备工艺

技术领域

本发明涉及一种新型Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金，属于高强耐蚀铝材料技术领域。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu合金属于高强铝合金，由于其高的比强度，已经广泛应用于航空航天等领域。Al-Zn-Mg-Cu合金是可热处理强化的铝合金，经过适当的热处理能得到中等强度或更高的强度。随着工业的飞速发展，对Al-Zn-Mg-Cu合金的强度、韧性以及耐蚀性等提出了更高的要求,为了进一步扩大其应用领域必须提高其综合力学性能。近年来,国外正在大力开发研究强度更高、韧性及耐蚀性更好的新一代7055和7A55高强度铝合金，但目前成熟牌号铝合金虽可达到高强甚至超高强度，但在耐腐蚀性能却很差，在综合性能上很难满足使用要求，迫切需要开发一种新型合金及其相匹配的制备工艺。Zn和Mg元素在Al-Zn-Mg-Cu系合金中是形成强化相的主要元素,对合金产生明显的强化作用。随着Zn、Mg含量的提高,强度、硬度大大提高,但塑性、耐腐蚀性能降低。因此需要在保证强度的前提下，控制Zn、Mg的添加量，并通过微合金元素的添加和采用适当的时效工艺来改善其耐腐蚀性能。在Al-Zn-Mg-Cu合金中加入Er元素可以提高时效态合金的力学性能，抑制再结晶，使合金析出更多的强化相，增强合金的时效强化效果。7xxx系铝合金主要的时效方式是单级峰值时效和双级过时效工艺。单级峰值时效是以单纯追求高强度为目标的热处理工艺，而其耐腐蚀性能却很差，在实际使用过程中存在很大的局限性。为提高合金的耐腐性，采用双级时效工艺，使材料在热处理后保证较高的强度和较好的耐蚀性。在双级时效过程中，对腐蚀性能影响最大的因素是二级时效时间，因此控制好 二级时效时间是整个时效过程的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金，同时提供适宜的双级时效工艺。在保证合金的强度同时改善合金的耐腐蚀性能，以扩大其使用范围。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的，具体包括以下步骤：

（1）按质量百分比设计成分，其中Zn：7.8～8.2wt.%，Mg：2.8～3.2wt.%，Cu：0.5～0.7wt.%，Mn：0.4～0.6wt.%，Zr：0.15～0.25wt.%，Er：0.10～0.20wt.%，Fe≤0.20wt.%，Si≤0.15wt.%，余量为Al；

（2）使用熔炼炉将铝锭加热至710-720℃,待其充分熔化后加入Al-Cu，Al-MnAl-Zr，Al-Er中间合金，完全熔化后加入Zn,最后加入Mg；压入C₂Cl₆（六氯乙烷）精炼，扒渣，将熔体浇注到水冷模中，通过半连续水冷铸造，获得铸态铝合金,浇铸温度为690-710℃；

（3）铸锭置于加热炉中均匀化处理，温度为460℃，保温20h；

（4）挤压温度为400℃，保温2h，保温后直接进行热挤压，挤压比为22:1；

(5)固溶温度为470℃/1h.水冷至室温；

(6)双级时效工艺130℃/8h+170℃/8h。

采用本发明的技术方案在保证合金的强度同时改善合金的耐腐蚀性能。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进一步说明。

本发明提供一种新型铝合金的制备及时效工艺，按照上述发明内容描述方法制备合金铸锭并进行挤压，制成热挤压态铝合金板材，即（1）按质量百分比 设计成分，其中Zn：7.8～8.2wt.%，Mg：2.8～3.2wt.%，Cu：0.5～0.7wt.%，Mn：0.4～0.6wt.%，Zr：0.15～0.25wt.%，Er：0.10～0.20wt.%，Fe≤0.20wt.%，Si≤0.15wt.%，余量为Al；

（2）使用熔炼炉将铝锭加热至710-720℃,待其充分熔化后加入Al-Cu，Al-MnAl-Zr，Al-Er中间合金，完全熔化后加入Zn,最后加入Mg；压入C₂Cl₆（六氯乙烷）精炼，扒渣，将熔体浇注到水冷模中，通过半连续水冷铸造，获得铸态铝合金,浇铸温度为690-710℃；

（3）铸锭置于加热炉中均匀化处理，温度为460℃，保温20h；

（4）挤压温度为400℃，保温2h，保温后直接进行热挤压，挤压比为22:1；使得其最终成分符合：Al-7.94Zn-2.89Mg-0.65Cu-0.49Mn-0.22Zr-0.15Er（质量分数.wt%），然后继续实施例和对比例的工艺步骤。

力学性能按照国标GB/T228.1-2010进行室温力学性能测试，剥落腐蚀实验参照GB/T22639-2008标准迸行。将234g氯化钠和50g硝酸钾溶于去离子水中，然后添加6.3mL硝酸，再用去离子水稀释至1000L,这种溶液中含4.0mol的氯化钠、0.5mol的硝酸钾和0.1mol的硝酸，此溶液的PH值约为0.4.将试样在溶液中浸渍48h，在内不断观察评记等级。48h后将样品取出在潮湿状态下直接检验试样并评定等级，在硝酸溶液中浸泡去除腐蚀产物，再经水洗，晾干后保存。评级标准见表1

实施例1

(1)将挤压后的材料进行固溶处理，固溶温度为470℃，保温60min.水冷至室温。 

(2)经过本发明的双级时效工艺，在130℃保温8h后升温至170℃保温8h处理后，其抗拉强度为626MPa，屈服强度为588MPa，延伸率8.8%。剥落腐蚀 评定为PC级。

对比例1

(1)将挤压后的材料进行固溶处理，固溶温度为470℃，保温60min.水冷至室温。 

(2)经过双级时效工艺，在130℃保温8h后升温至170℃保温4h后，其抗拉强度为635MPa屈服强度为596MPa延伸率7.9%。剥落腐蚀评定为EB级。对比例2

(1)将挤压后的材料进行固溶处理，固溶温度为470℃，保温60min.水冷至室温。 

(2)经过双级时效工艺，在130℃保温8h后升温至170℃保温10h后，其抗拉强度为540MPa屈服强度为490MPa延伸率7.2%。剥落腐蚀评定为PB级。对比例3

(1)将挤压后的材料进行固溶处理，固溶温度为470℃，保温60min.水冷至室温。 

(2)经过双级时效工艺，在130℃保温8h后升温至170℃保温14h后，其抗拉强度为517MPa屈服强度为458MPa延伸率8.0%。剥落腐蚀评定为PB级。对比例4

(1)将挤压后的材料进行固溶处理，固溶温度为470℃，保温60min.水冷至室温。 

(2)经过双级时效工艺，在130℃保温8h后升温至170℃保温16h后，其抗拉强度为503MPa屈服强度为435MPa延伸率8.3%。剥落腐蚀评定为PB级。

表1总结了上述实施例及对比例的试验结果，固定双级时效工艺的一级时效温度(130℃)、时间(8h)以及二级时效工艺的温度(170℃)，变化二级时间时间 (4～16h)，测得其硬度、强度及耐腐蚀性能。腐蚀性能评定标准中规定不出现EB-ED级为合格，即二级时间保温8小时后耐剥蚀性能为合格。且延长二级时效时间强度硬度明显下降，二级时间保温10小时后，屈服强度已降至500MPa以下。故综合考虑，采用130℃/8h+170℃/8h所获得的综合性能最好。

表1

表2

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Claims (2)

1.一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按质量百分比设计成分，其中Zn：7.8～8.2wt.%，Mg：2.8～3.2wt.%，Cu：0.5～0.7wt.%，Mn：0.4～0.6wt.%，Zr：0.15～0.25wt.%，Er：0.10～0.20wt.%，Fe≤0.20wt.%，Si≤0.15wt.%，余量为Al；

（2）使用熔炼炉将铝锭加热至710-720℃,待其充分熔化后加入Al-Cu，Al-Mn Al-Zr，Al-Er中间合金，完全熔化后加入Zn,最后加入Mg；压入C₂Cl₆（六氯乙烷）精炼，扒渣，将熔体浇注到水冷模中，通过半连续水冷铸造，获得铸态铝合金,浇铸温度为690-710℃；

（3）铸锭置于加热炉中均匀化处理，温度为460℃，保温20h；

（4）挤压温度为400℃，保温2h，保温后直接进行热挤压，挤压比为22:1；

(5)固溶温度为470℃/1h.水冷至室温；

(6)双级时效工艺130℃/8h+170℃/8h。

2.按照权利要求1的制备工艺所得的一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金。