CN105441755B - 一种高锌含量的铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。各个行业对材料的标准要求逐步向超高强度，超轻质量方向进行转变，这一需求在航空航天等军事领域尤其突出。在提供同样承载能力的条件下，材料的强度越高，代表着需要的支撑材料越少，从而使得总体质量得到减轻。由于铸造工艺决定了熔体的传热、传质和熔体流动等，因此成为决定其最终显微组织的重要因素。本发明采用同水平热顶水冷半连续铸造，结合多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术，对Zn含量为11.5‑13.5％的超高强度的铝合金进行制备，在保证具有优异内部质量的同时，顺利实现对高锌含量铝合金铸锭的成型，并具有优秀的表面质量。

Description

一种高锌含量的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。
背景技术
近些年来，绿色可持续发展深入人心，在工业生产中如何节约能源，提高效率，缩短工艺流程，同时降低能耗与污染，越来越成为人们关注的焦点。因此，各个行业对材料的标准要求逐步向超高强度，超轻质量方向进行转变，这一需求在航空航天等军事领域尤其突出。在提供同样承载能力的条件下，材料的强度越高，代表着需要的支撑材料越少，从而使得总体质量得到减轻，因此，材料的强韧化和轻量化成为航空工业领域孜孜不倦的追求目标。
《中国有色金属学报》2015年第4期第25卷上曾刊载文章《高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的凝固态显微组织》，该文章主要对几种Zn元素含量在8.5-9.5％的铝合金(法系7449、7056，美系7136、7095)的凝固状态组织进行研究。上述合金的凝固状态组织除了受到材料的化学成分影响外，由于铸造工艺决定了熔体的传热、传质和熔体流动等，因此成为决定其最终显微组织的重要因素。由此可见，先进的铸造技术对铝合金产品研发的重要作用。
据查询，中国专利“CN201110438962.1”公开了一种通过添加TaC实现制备高强度铝合金的方法。该合金的成分为(wt.％)：Mg：0.45-0.9；Ta：0.8-1.8；C：0.8-1.8；Si：0.2-0.6；Cu≤0.1；Zn≤0.1；Fe≤0.35；Mn≤0.1；Cr≤0.1；Ti≤0.1；杂质总量≤0.15，余量为Al。该方法是在变形铝合金中加入粉末状的Ta和C元素，从而在合金的凝固过程中，有效地增加了异质形核核心，达到细化晶粒的作用，提高合金强度；此外，加入粉末状的Ta和C元素可以起到促进形成间隙原子和间隙相的作用，其在高温条件下，在α-Al固溶体中溶解度较大，而在室温时却很小，从而使得合金具有较高的可热处理性质。但是，此方法对于提高合金的综合力学性能十分有限，无法达到超高强度铝合金的标准要求。可见，优化合金成分设计对改善合金综合力学性能的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种采用水冷半连续工艺制备高锌含量铝合金的方法。
本发明的技术解决方案是，参照Al-Zn-Mg-Cu相图，采用高的Zn含量，重新设计合金成分。
设计的合金成分为(wt.％)：Zn：11.5-13.5；Mg：1.3-3.5；Cu：1.0-2.5；Zr：0.08-0.16；Be：0.0002-0.002；Fe≤0.15；Si≤0.12；Cr≤0.04；Ti≤0.05；杂质总量≤0.15；Al余量。
一种高锌含量的铝合金制备方法，该方法包括以下步骤：
按照如下合金成分进行配料(wt.％)：Zn：11.5-13.5，Mg：1.3-3.5，Cu：1.0-2.5，Zr：0.08-0.16，Be：0.0002-0.002，Al余量；
将相对应的精Al锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-Zr、和Al-Be在720℃条件下进行融化；
完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在675-685℃温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
坯料经均匀化后去皮，在400-420℃温度范围内按挤压比4/1进行挤压；
在465-470℃下进行固溶处理，之后进行冷水淬火，并在135℃下进行时效处理。
一种高锌含量的铝合金，由上述的制备方法制得。
材料在拉伸试验机上进行室温拉伸试验，材料最终抗拉强度，屈服强度和伸长率分别可达850.0Mpa，830.0Mpa，9.0％左右。
本发明的有益效果：本发明采用同水平热顶水冷半连续铸造，结合多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术，对Zn含量为11.5-13.5％的超高强度的铝合金进行制备，在保证具有优异内部质量(氢含量，杂质含量和夹渣含量)的同时，顺利实现对高锌含量铝合金铸锭的成型，并具有优秀的表面质量；基体内Zn元素含量和主要增强相MgZn2的含量均得到极大的提高。通过上述措施，该材料挤压棒材经热处理后可以获得850.0MPa以上的抗拉强度，并保持9.0％的伸长率，这一综合力学性能水平已经远超过普通的7050、7055等铝合金。
具体实施方式
该合金制备选用较高品质的原材料，保证铸锭的质量要求。按照如下合金成分进行配料(wt.％)：Zn：11.5-13.5；Mg：1.3-3.5；Cu：1.0-2.5；Zr：0.08-0.16；Be：0.0002-0.002；Al余量。采取如下步骤进行材料制备：
1.将精Al锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-Zr和Al-Be在720℃条件下进行融化；
2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在675-685℃温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
3.坯料经均匀化后，在400-420℃挤压成Φ15mm的圆棒。
实施例1
一、合金成分配比
二、制备材料
1.将精Al锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金Al-Cu，Al-Zr，Al-Be在720℃条件下进行融化；
2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在675-685℃温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
3.坯料经均匀化后，在400-420℃挤压成Φ15mm的圆棒。
三、性能测试
对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
力学性能 试样1 试样2 试样3 平均值
抗拉强度σb/MPa 830 826 832 829.3
屈服强度σ0.2/MPa 810 815 810 811.7
延伸率δ/％ 10.0 10.2 10.0 10.7
实施例2
一、合金成分配比
元素 Zn Mg Cu Zr Be Al
含量(wt.％) 12 3.0 2.3 0.12 0.001 Bal.
二、制备材料
1.将精Al锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金Al-Cu，Al-Zr，Al-Be在720℃条件下进行融化；
2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在675-685℃温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
3.坯料经均匀化后，在400-420℃挤压成Φ15mm的圆棒。
三、性能测试
对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
力学性能 试样1 试样2 试样3 平均值
抗拉强度σb/MPa 837 842 839 839.3
屈服强度σ0.2/MPa 819 820 819 819.3
延伸率δ/％ 9.5 9.6 9.7 9.6
实施例3
一、合金成分配比
元素 Zn Mg Cu Zr Be Al
含量(wt.％) 13.5 3.5 2.5 0.08 0.0005 Bal.
二、制备材料
1.将精Al锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金Al-Cu，Al-Zr，Al-Be在720℃条件下进行融化；
2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在675-685℃温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
3.坯料经均匀化后，在400-420℃挤压成Φ15mm的圆棒。
三、性能测试
对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：

Claims (3)

1.一种高锌含量的铝合金制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
按照如下合金成分进行配料(wt.％)：Zn：11.5-13.5，Mg：1.3-3.5，Cu：1.0-2.5，Zr：0.08-0.16，Be：0.0002-0.002，Al余量；
将相对应的精Al锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Be在720℃条件下进行融化；
完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在675-685℃温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
坯料经均匀化后去皮，在400-420℃温度范围内按挤压比4/1进行挤压；
在465-470℃下进行固溶处理，之后进行冷水淬火，并在135℃下进行时效处理。
2.一种高锌含量的铝合金，由权利要求1所述的制备方法制得。
3.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于：按wt.％计算，Zn为11.5-13.5，Mg为1.3-3.5，Cu为1.0-2.5，Zr为0.08-0.16，Be为0.0002-0.002，Fe≤0.15，Si≤0.12，Cr≤0.04，Ti≤0.05，杂质总量≤0.15，Al余量。
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