CN105331859A

CN105331859A - 一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法

Info

Publication number: CN105331859A
Application number: CN201510716592.1A
Authority: CN
Inventors: 陈军洲; 李国爱; 李超; 陈高红; 汝继刚
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-02-17

Abstract

本发明提供一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，按重量百分比计，其合金成分为：Zn？7.8～10.3％，Mg？1.3～2.0％，Cu？1.3～2.0％，Zr？0.08～0.15％，Si≤0.15％，Fe≤0.15％，其他杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。按合金成分配料，将原料熔化，经炉内精炼、静置后，浇注成所需规格的合金锭。合金锭经优选的三级均匀化后通过优选挤压工艺成形，经热处理后可供加工零件使用。本发明的新型铝合金挤压型材显微组织均匀、性能稳定，极限抗拉强度可达到700MPa以上，同时延伸率高于8％，断裂韧度达到26MPa.m^1/2以上，满足了目前航空航天选材要求，同时可广泛应用于核工业、交通运输、兵器等领域。

Description

一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金挤压型材，具体涉及一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法。

背景技术

近年来，随着铝冶金装备技术和冶金学基础技术水平的提高，高纯化及高合金化使得通过传统熔铸技术即可制造600MPa级铝合金，并已经工业化应用，目前达到工业化应用水平的超高强铝合金有7150铝合金(Al-7.6％Zn-1.8％Mg-2.0％Cu-0.10％Zr)、7055铝合金(Al-8％Zn-2.0％Mg-2.2％Cu-0.10％Zr)等。

目前通过粉末冶金的方法也能制造达到700MPa级以上铝合金，甚至800MPa，但由于各方条件限制难于工业化应用。国内目前某些专利文献通过添加高含量的Zn元素和T77三级时效工艺等也能制造达到700MPa级以上铝合金，添加Zn含量超过10％以上，铸锭的成形存在容易裂的问题，也难于实现工业化应用。高合金化除了铸锭成形困难外，在晶内及晶界会形成非常多粗大的非平衡共晶相，采用传统的均匀化及固溶工艺很难将及彻底消除，合金性能也很难得到大的提高。

结合飞机设计的减重需求，替代传统铝合金，采用传统熔铸工艺配合本发明的三级均匀化、挤压成型和三级固溶淬火工艺生产的700MPa级低成本铝合金在航空航天、核工业、交通运输、兵器等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明正是针对现有航空减重需求的应用实际而设计提供了一种700MPa级铝合金型材及其制备工艺，其目的是使该种材料的极限抗拉强度可达700MPa以上，同时延伸率高于8％，断裂韧度达到26MPa.m^1/2以上。该型材替代传统500MPa级7075、7B04等铝合金减重效率达到20％以上，替代600MPa级7150、7055铝合金减重效率达到10％以上，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种700MPa级铝合金挤压型材，该合金含重量百分比计的下述化学组分：Zn7.8～10.3％，Mg1.3～2.0％，Cu1.3～2.0％，Si≤0.15％，Fe≤0.15％，其它杂质单个≤0.15％，总量≤0.15％，余量为Al。

所述的700MPa级铝合金挤压型材的第一优选方案，该合金包括的化学成分及重量百分比还含有：Zr0.08～0.15％。

一种所述的700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，该方法的步骤为：

(1)按合金的化学成分及质量百分比要求配料；

(2)按7000系合金常规工艺对合金进行熔铸；

(3)在加热炉内对合金铸锭进行三级均匀化处理，第一级均匀化温度为390～410℃，保温时间为20～24h，第二级均匀化温度为460～470℃，保温时间为2～10h，第三级均匀化温度为470～480℃，保温时间为20～24h，总保温时间40h以上；

(4)将均匀化后的铸锭按挤压设备尺寸进行扒皮后，进行热挤压加工成形，挤压过程中坯料应保持在350～440℃，挤压比应控制在10以上，挤压速度为0.5～2m/min；

(5)挤压成形的型材需经三级固溶淬火处理，固溶处理分三步进行，第一级固溶温度为400～420℃，保温时间为30～60min，第二级固溶温度为460～465℃，保温时间为10～30min，第三级固溶温度为468～485℃，保温时间为50～100min；

(6)固溶淬火处理后的型材经过过时效处理，随后可加工成所需零部件，过时效处理分级进行，第一级时效温度为115～125℃，保温时间为4～8h，第二级时效温度为150～160℃，保温时间为4～8h。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的新型型材显微组织均匀、性能稳定，纵向极限抗拉强度在700MPa以上，延伸率高于8％，断裂韧度达到26MPa.m^1/2以上。本发明工艺操作易实施，且合金性能稳定，在航空航天、核工业、交通运输、兵器等领域具有广阔的应用前景。。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

表1给出了本发明所提出的700MPa级铝合金型材化学成分及重量百分比实施例以及超出成分范围的实施反例，并以铸锭成形合格率进行评判。

表1：700MPa级铝合金型材化学成分及重量百分比

炉号	Zn	Mg	Cu	Zr	Ti	Fe	Si	合格率
									1	7.5	1.72	1.87	0.09	0.04	≤0.05	≤0.15	100％
2	7.8	1.76	1.83	0.10	0.03	≤0.05	≤0.15	100％
									3	8.32	1.87	1.92	0.11	0.05	≤0.05	≤0.15	100％

4	9.15	1.68	1.75	0.10	0.05	≤0.05	≤0.15	100％
									5	9.22	1.74	1.77	0.12	0.04	≤0.05	≤0.15	100％
6	8.96	1.83	1.78	0.09	0.04	≤0.05	≤0.15	100％
									7	9.63	1.85	1.89	0.10	0.04	≤0.05	≤0.15	100％
8	9.76	1.89	1.86	0.12	0.05	≤0.05	≤0.15	100％
									9	10.03	1.91	1.89	0.11	0.03	≤0.05	≤0.15	100％
10	10.35	2.10	1.98	0.10	0.03	≤0.05	≤0.15	85％
									11	10.57	1.99	1.94	0.11	0.04	≤0.05	≤0.15	70％
12	10.89	2.13	2.02	0.11	0.04	≤0.05	≤0.15	66％
									13	11.46	2.05	2.08	0.11	0.04	≤0.05	≤0.15	54％
14	12.11	2.11	2.05	0.11	0.04	≤0.05	≤0.15	40％

该合金的制备工艺的步骤是：

(1)按合金的化学成分及质量百分比要求配料，按7000系合金常规工艺，经炉内精炼、静置后，浇注成所需规格的合金锭；

(2)在加热炉内对合金锭进行优选的三级均匀化工艺处理，采用第一级均匀化温度为400℃，保温时间为22h，第二级均匀化温度为460℃，保温时间为10h，第三级均匀化温度为480℃，保温时间为22h，总保温时间40h以上；

(3)将均匀化后的铸锭按挤压设备尺寸进行扒皮后，进行热挤压加工成形，挤压过程中坯料应保持在400℃，挤压比应控制在10以上，挤压速度为2m/min；

(4)固溶处理分三步进行，第一级固溶温度为420℃，保温时间为60min，第二级固溶温度为465℃，保温时间为30min，第三级固溶温度为485℃，保温时间为100min；

(5)固溶处理后的型材有一定变形，进行拉伸较直，变形量控制在2％，随后进行时效处理，随后可加工成所需零部件，过时效处理分级进行，第一级时效温度为125℃，保温时间为8h，第二级时效温度为160℃，保温时间为8h。

表2为采用本发明处理及传统工艺处理后的型材的典型性能，进行对比的传统工艺均为对其中研究的工艺采用传统工艺，其他均采用本发明工艺实施。(采用表1中不同炉号的铸锭进行后续处理)

表2本发明处理及传统工艺处理后的型材的典型性能

从上述性能分析可以看出，与现有技术相比，本发明所述的新型型材显微组织均匀、性能稳定，纵向极限抗拉强度在700MPa以上，延伸率高于8％，断裂韧度达到26MPa.m^1/2以上。本发明工艺操作易实施，且合金性能稳定，在航空航天、核工业、交通运输、兵器等领域具有广阔的应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，其特征在于：该方法的步骤为：

(1)按合金的化学成分及质量百分比要求配料；

(2)按7000系合金常规工艺对合金进行熔铸；

(3)在加热炉内对合金铸锭进行三级均匀化处理；

(4)将均匀化后的铸锭按挤压设备尺寸进行扒皮后，进行热挤压加工成形；

(5)挤压成形的型材经三级固溶淬火处理；

(6)固溶淬火处理后的型材经过时效处理，加工成所需零部件。

2.根据权利要求1所述的一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，第一级均匀化温度为390～410℃，保温时间为20～24h，第二级均匀化温度为460～470℃，保温时间为2～10h，第三级均匀化温度为470～480℃，保温时间为20～24h，总保温时间40h以上。

3.根据权利要求1所述的一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，挤压过程中坯料应保持在350～440℃，挤压比应控制在10以上，挤压速度为0.5～2m/min。

4.根据权利要求1所述的一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，固溶处理分三步进行，第一级固溶温度为400～420℃，保温时间为30～60min，第二级固溶温度为460～465℃，保温时间为10～30min，第三级固溶温度为468～485℃，保温时间为50～100min。

5.根据权利要求1所述的一种700MPa级铝合金挤压型材的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，过时效处理分级进行，第一级时效温度为115～125℃，保温时间为4～8h，第二级时效温度为150～160℃，保温时间为4～8h。