CN105441705A - 一种高强高韧性铝合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入中频真空感应炉熔化形成合金液，进行除气精炼，进行保温静置，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌2.5-3.4wt％、镁2.2-2.6wt％、铜0.1-0.3wt％、铁0.8-1.6wt％、锰0.5-1.5wt％，余量为铝；S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉；S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金。通过合理控制元素的配比，并对铸锭进行雾化处理，真空热压，得到的铝合金强度高，韧性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金的制备方法，尤其涉及一种高强高韧性铝合金的制备方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。
高性能铝合金广泛地应用于航空及交通运输等领域，是一种重要的结构材料。随着科学技术的发展，对铝合金强度和韧性的要求日益提高，为保证铝合金机件使用的安全性，提高材料的塑性和韧性，通常是以降低材料的强度为代价的。因此，在维持铝合金高强度的同时，提高材料的韧性，是铝合金研究领域中重要的课题之一。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高强高韧性铝合金的制备方法，通过合理控制元素的配比，并对铸锭进行雾化处理，真空热压，得到的铝合金强度高，韧性好。
本发明提出的一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入800-850℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在750-780℃进行除气精炼，在800-820℃进行保温静置40-60min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌2.5-3.4wt％、镁2.2-2.6wt％、铜0.1-0.3wt％、铁0.8-1.6wt％、锰0.5-1.5wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金。
优选地，S1中，调控后合金液的组分为：锌2.8-3.2wt％、镁2.3-2.5wt％、铜0.15-0.25wt％、铁0.9-1.5wt％、锰0.8-1.2wt％，余量为铝。
优选地，S1中，调控后合金液的组分为：锌2.95wt％、镁2.4wt％、铜1.2wt％、铁1.2wt％、锰1.0wt％，余量为铝。
优选地，S2中，雾化处理的温度为820-870℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.40-0.45MPa。
优选地，S3中，真空热压的温度为460-480℃，真空热压的压力为480-520MPa。
优选地，S3中，热挤压的温度为480-500℃，热挤压的挤压比为20-30：1-3。
优选地，S3中，挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至380-420℃，保温0.5-1.5h，然后升温至480-500℃，保温0.5-1.5h，然后水冷1-3h。
本发明中通过调控合金液组分中的元素比例，通过降低锌元素的含量，适当添加锰元素的含量，不仅细化晶粒、阻碍基体晶粒长大和再结晶，而且，在不牺牲铝合金塑性和韧性的情况下，显著地提高了铝合金的强度。
通过提高固溶温度，使的更多的可溶性析出相溶入α-Al基体，提高基体的过饱和度，从而在铝合金时效时析出更多的弥散相，提高材料的强度。
利用粉末冶金的方法制备了锰增韧的高强铝合金，铝合金中未形成块状的含锰相析出，含锰相以Al6Mn及AlCu2Mn的形式弥散析出并均匀分布。铝合金的抗拉强度达到774MPa，屈服强度为755MPa；在高锌含量的超高强度铝合金中添加一定量的锰元素，可以细化晶粒，减小断口韧窝尺寸，还可以降低断口中沿晶断裂所占比例，改善高强铝合金的断口组织形态，有利于提高铝合金的韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明提出的一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入825℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在765℃进行除气精炼，在810℃进行保温静置50min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌2.95wt％、镁2.4wt％、铜1.2wt％、铁1.2wt％、锰1.0wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉，雾化处理的温度为845℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.425MPa；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金，其中，真空热压的温度为470℃，真空热压的压力为500MPa；热挤压的温度为490℃，热挤压的挤压比为25：2；挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至400℃，保温1.0h，然后升温至490℃，保温1.0h，然后水冷2h。
实施例2
本发明提出的一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入800℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在780℃进行除气精炼，在800℃进行保温静置60min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌2.5wt％、镁2.6wt％、铜0.1wt％、铁1.6wt％、锰0.5wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉，雾化处理的温度为820℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.45MPa；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金，其中，真空热压的温度为460℃，真空热压的压力为520MPa；热挤压的温度为480℃，热挤压的挤压比为30：1；挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至420℃，保温0.5h，然后升温至500℃，保温0.5h，然后水冷3h。
实施例3
本发明提出的一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入850℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在750℃进行除气精炼，在820℃进行保温静置40min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌3.4wt％、镁2.2wt％、铜0.3wt％、铁0.8wt％、锰1.5wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉，雾化处理的温度为870℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.40MPa；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金，其中，真空热压的温度为480℃，真空热压的压力为480MPa；热挤压的温度为500℃，热挤压的挤压比为20：3；挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至380℃，保温1.5h，然后升温至480℃，保温1.5h，然后水冷1h。
实施例4
本发明提出的一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入810℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在770℃进行除气精炼，在805℃进行保温静置55min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌2.8wt％、镁2.5wt％、铜0.15wt％、铁1.5wt％、锰0.8wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉，雾化处理的温度为860℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.41MPa；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金，其中，真空热压的温度为475℃，真空热压的压力为485MPa；热挤压的温度为495℃，热挤压的挤压比为22：2.5；挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至385℃，保温1.2h，然后升温至485℃，保温1.2h，然后水冷1.5h。
实施例5
本发明提出的一种高强高韧性铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入840℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在760℃进行除气精炼，在815℃进行保温静置45min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌3.2wt％、镁2.3wt％、铜0.25wt％、铁0.9wt％、锰1.2wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉，雾化处理的温度为830℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.44MPa；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金，其中，真空热压的温度为465℃，真空热压的压力为515MPa；热挤压的温度为485℃，热挤压的挤压比为28：1.5；挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至415℃，保温0.8h，然后升温至495℃，保温0.8h，然后水冷2.5h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将铝锭、锌锭、镁锭、铜锭和铁锭放入800-850℃的中频真空感应炉熔化形成合金液，在750-780℃进行除气精炼，在800-820℃进行保温静置40-60min，浇铸得到铸锭，其中，在浇铸前进行合金液组分调控，调控后合金液的组分为：锌2.5-3.4wt％、镁2.2-2.6wt％、铜0.1-0.3wt％、铁0.8-1.6wt％、锰0.5-1.5wt％，余量为铝；
S2、然后对铸锭进行雾化处理得到雾化粉；
S3、雾化粉去除大颗粒料后混合均匀，然后进行真空热压，接着进行热挤压，挤压棒固溶处理得到高强度高韧性铝合金。
2.根据权利要求1所述的高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，S1中，调控后合金液的组分为：锌2.8-3.2wt％、镁2.3-2.5wt％、铜0.15-0.25wt％、铁0.9-1.5wt％、锰0.8-1.2wt％，余量为铝。
3.根据权利要求1或2所述的高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，S1中，调控后合金液的组分为：锌2.95wt％、镁2.4wt％、铜1.2wt％、铁1.2wt％、锰1.0wt％，余量为铝。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，S2中，雾化处理的温度为820-870℃，雾化处理所使用的气体为氮气，氮气的压力为0.40-0.45MPa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，S3中，真空热压的温度为460-480℃，真空热压的压力为480-520MPa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，S3中，热挤压的温度为480-500℃，热挤压的挤压比为20-30：1-3。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高强高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，S3中，挤压棒固溶处理的方式为：首先升温至380-420℃，保温0.5-1.5h，然后升温至480-500℃，保温0.5-1.5h，然后水冷1-3h。
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