CN105483475B - 一种超高锌含量的铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。常用的金属结构材料，铝合金由于具有密度小，比强度高，耐腐蚀等诸多优点，在各个领域均得到了十分广泛的应用，但其强度与钢和钛合金等结构材料相比，处于劣势，这也成为了制约铝合金进一步发展的关键原因，因此，如何提高铝合金的强度成为国内外材料工作者的重要任务之一。本发明提出一种采用水冷半连续铸造的工艺，制备超高锌含量铝合金的方法。

Description

一种超高锌含量的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超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
常用的金属结构材料，铝合金由于具有密度小，比强度高，耐腐蚀等诸多优点，在各个领域均得到了十分广泛的应用，但其强度与钢和钛合金等结构材料相比，处于劣势，这也成为了制约铝合金进一步发展的关键原因，因此，如何提高铝合金的强度成为国内外材料工作者的重要任务之一。
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，又称为7000系铝合金，是航空航天工业的重要结构材料之一，是目前已成功实现商业化应用的各种变形铝合金中强度最高的一类。由于其具有密度低、强度高、热加工性能好、耐腐蚀性能较好和成本低等优点，已广泛应用于航空航天和交通运输领域，在国防建设和国民经济发展中具有重要的战略地位。
《中国有色金属学报》2007年第3期第17卷曾刊载文章《Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金的组织和性能》，该文的核心思想是通过向Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中添加Sc元素的方式，采用铸锭冶金法制备合金，并先后进行均匀化、挤压、固溶以及时效处理，从而提高合金的综合力学性能。该合金挤压型材在强化固溶+T6处理下，强度得到明显的提升，但伸长率降至不足6％。该合金虽然获得较为理想的性能指标，但多年以来，Sc元素添加成本过高仍是限制这种方法进一步应用推广的最主要原因之一。可见，优化合金成分设计对于开发铝合金的重要意义。
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铸造的工艺，制备超高锌含量铝合金的方法。
本发明的技术方案为：参照Al-Zn-Mg-Cu相图，采用极高的Zn含量，重新设计合金成分。
设计的合金成分为(wt.％)：Zn：14-17；Mg：1.5-4.5；Cu：1.2-3.0；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。
一种超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：14-17，Mg：1.5-4.5，Cu：1.2-3.0，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16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。
一种超高锌含量的铝合金，由上述的制备方法制得。
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14-17％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，顺利实现对超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890.0MPa以上的抗拉强度，并保持8.0％的伸长率，这一综合力学性能水平已经远超过普通铝合金(400MPa～500MPa级)。
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：14-17；Mg：1.5-4.5；Cu：1.2-3.0；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，Al-Be在720℃条件下进行融化；
2.合金完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和在线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
元素 Zn Mg Cu Zr Be Al
含量(wt.％) 14.0 1.5 1.2 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：
力学性能 试样1 试样2 试样3 平均值
抗拉强度σb/MPa 865 870 868 867.7
屈服强度σ0.2/MPa 846 851 848 848.3
延伸率δ/％ 9.3 9.1 9.2 9.2
实施例2
一、合金成分配比
元素 Zn Mg Cu Zr Be Al
含量(wt.％) 16.0 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 875 879 880 878
屈服强度σ0.2/MPa 856 856 859 857
延伸率δ/％ 8.8 8.7 8.5 8.7
实施例3
一、合金成分配比
元素 Zn Mg Cu Zr Be Al
含量(wt.％) 14.0 1.5 1.2 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：
力学性能 试样1 试样2 试样3 平均值
抗拉强度σb/MPa 888 895 892 891.7
屈服强度σ0.2/MPa 869 870 872 870.3
延伸率δ/％ 8.2 7.9 8.1 8.1

Claims (3)

1.一种超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：14-17，Mg：1.5-4.5，Cu：1.2-3.0，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16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。
2.一种超高锌含量的铝合金，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14-17，Mg为1.5-4.5，Cu为1.2-3.0，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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