CN105734367A - 一种铝合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金材料，元素质量含量Zn:9.5～12.0％，Mg:1.5～3.8％，Cu:1.2～2.5％，Mn:0.2～0.6％，Zr:0.25～1.0％；杂质元素质量含量：Si≤0.12％，Fe≤0.15％；余量为Al，其特征在于，还包括Sc，Sc的质量含量为0.25～0.6％。

Description

一种铝合金材料及制备方法

技术领域：本发明涉及金属材料，特别是采用喷射沉积快凝技术制备的屈服强度超过900MPa的合金材料。

背景技术：在常用金属结构材料钢、铝、钛中，铝合金的密度最小、强度最低，因此提高铝合金的强度一直是广大材料工作者的重要任务。中国专利03105787.x公开了“一种高强度Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金”，它是在选用纯度为99.9％以上的原铝，加入适量的Zr和Be元素，降低合金中Fe、Si杂质的含量，同时采用多层陶瓷熔体过滤技术，减少合金中夹渣。合金的成分为(Wt.％)：Zn:6～7；Mg:2.0～2.8；Cu:1.8～2.6；Zr:0.08～0.16；Be:0.0002～0.002；Fe≤0.15；Si≤0.12；Mn≤0.1；Cr≤0.04；Ti≤0.1；杂质总量≤0.15；Al余量。该发明合金的抗拉强度及合金的韧性和疲劳性能都有了大幅度的增强，该发明合金采用传统的铸锭法生产是可以进行的。但是，若要进一步提高合金的强度，加大铸锭的体积，传统的铸锭法就很难进行了。中国专利CN201110438962.1公开了一种添加TaC的高强度铝合金及其制备方法，通过添加TaC的高强度铝合金及其制备方法，在变形铝合金中以粉末状加入Ta和C元素，合金的成分为(Wt.％)：0.2～0.6％的Si，小于等于0.35％的Fe，小于等于0.1％的Cu，小于等于0.1％的Mn，小于等于0.1％的Cr，0.45～0.9％的Mg，小于等于0.1％的Zn，小于等于0.1％的Ti，0.8～1.8％的Ta，0.8～1.8％的C，余量为Al。该发明在铸造过程中可以在合金凝固过程中有效增加异质形核核心，从而达到晶粒细化的效果，增加了合金强度；并且加入的元素可以促进形成间隙原子和间隙相，高温时在α(Al)固溶体中溶解度大，而在室温时很小，从而使合金具有较高的可热处理性质。但是，通过增加TaC的方式对提高屈服强度的提升有限，达不到900MPa的屈服要求，且通过该方法无法进一步优化和提高。

另外，《粉末冶金材料科学与工工程》2011年第16期上的《复合添加Zr、Cr、Pr对超高强铝合金腐蚀和断裂行为的影响》文献公开了一种采用复合添加Zr、Cr、Pr元素的方法制备高强度铝合金，其工艺参数为：熔炼温度760—800℃，用六氯乙烷精炼，采用240℃预热铁模(d45mm)浇铸。

发明内容：本发明涉及一种铝合金材料，元素质量含量Zn:9.5～12.0％，Mg:1.5～3.8％，Cu:1.2～2.5％，Mn:0.2～0.6％，Zr:0.25～1.0％；

杂质元素质量含量：Si≤0.12％，Fe≤0.15％；余量为Al，其特征在于，还包括Sc，Sc的质量含量为0.25～0.6％。

本发明还提供了一种铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn一起，在950℃～1050℃下进行熔化形成液体合金；

2)液体合金温度稳定在980℃左右时，进行喷射沉积制坯形成锭坯；

3)锭坯经均匀化处理后在360℃～420℃进行挤压和热处理形成最终铝合金材料。

本发明的优点及效果，本发明采取了喷射沉积的快速凝固技术，提高了Zn元素的含量，使得主要增强相MgZn₂的含量大大提高；Zr和Sc元素能够与Al结合，形成Al₃Zr和Al₃Sc，一方面细化合金晶粒，另一方面提高合金强度。通过上述措施，该材料挤压棒材经热处理后可以获得900MPa以上的屈服强度，这一强度水平已经大大超过普通铝合金(400MPa～500MPa级)。

具体实施方式：

按合金纯度要求(即Fe≤0.15；Si≤0.12；Cr≤0.04；Ti≤0.05；杂质总量≤0.15)选用合格的原材料，以保证最终坯料锭中的杂质含量不超标。按照如下成分进行配料(Wt.％)：Zn:9.5～12.0％，Mg:1.5～3.8％，Cu:1.2～2.5％，Mn:0.2～0.6％，Zr:0.25～1.0％；Sc的质量含量为0.25～0.6％，余量为Al。

采取如下步骤进行材料制备：

1)将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn一起，在950℃～1050℃下进行熔化形成液体合金；

2)液体合金温度稳定在980℃左右时，进行喷射沉积制坯形成锭坯；

3)锭坯经均匀化处理后在360℃～420℃进行挤压和热处理形成最终铝合金材料。

实施例一：

一、选取合金组份：

选取合金组份为(Wt.％)：Zn:10；Mg:1.8；Cu:1.5；Zr:0.25；Sc:0.25；Mn:0.25；Al余量。

二、制备材料：

1.将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn等一起在950℃～1050℃下熔化；

2.在合金完全熔化后，温度稳定在980℃左右时进行喷射沉积制坯；

3.坯料锭经均匀化后在360℃～420℃挤压成Φ30mm的圆棒。挤压棒在热处理后进行性能测试。

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	982	998	999	993
屈服强度σ0.2/MPa	968	975	980	974
					延伸率δ/％	6.5	6.2	5.9	6.2

实施例二：

一、选取合金组份：

选取合金组份为(Wt.％)：Zn:12；Mg:3.8；Cu:2.5；Zr:0.9；Sc:0.5；Mn:0.5；Al余量。

二、制备材料：

1.将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn等一起在1000℃～1100℃下熔化；

2.在合金完全熔化后，温度稳定在1050℃左右时进行喷射沉积制坯；

3.坯料锭经均匀化后在360℃～420℃挤压成Φ30mm的圆棒。挤压棒在热处理后进行性能测试。

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	1090	1102	1201	1131
屈服强度σ0.2/MPa	997	1030	1098	1042
					延伸率δ/％	6.2	5.9	5.6	5.9

实施例三：

一、选取合金组份：

选取合金组份为(Wt.％)：Zn:11；Mg:2.7；Cu:1.8；Zr:0.6；Sc:0.4；Mn:0.4；Al余量。

二、制备材料：

1.将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn等一起在950℃～1050℃下熔化；

2.在合金完全熔化后，温度稳定在980℃左右时进行喷射沉积制坯；

3.坯料锭经均匀化后在360℃～420℃挤压成Φ30mm的圆棒。挤压棒在热处理后进行性能测试。

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	998	987	1010	998
屈服强度σ0.2/MPa	978	965	990	978
					延伸率δ/％	6.8	6.6	5.9	6.3

实施例四：

一、选取合金组份：

选取合金组份为(Wt.％)：Zn:11.5；Mg:2.2；Cu:1.8；Zr:0.5；Sc:0.5；Mn:0.5；Al余量。

二、制备材料：

1.将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn等一起在950℃～1050℃下熔化；

2.在合金完全熔化后，温度稳定在980℃左右时进行喷射沉积制坯；

3.坯料锭经均匀化后在360℃～420℃挤压成Φ30mm的圆棒。挤压棒在热处理后进行性能测试。

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	1108	1082	1207	1132
屈服强度σ0.2/MPa	1020	1001	1100	1040
					延伸率δ/％	6.8	7.2	6.9	6.9

Claims (2)

1.一种铝合金材料，元素质量含量Zn:9.5～12.0％，Mg:1.5～3.8％，Cu:1.2～2.5％，Mn:0.2～0.6％，Zr:0.25～1.0％；

杂质元素质量含量：Si≤0.12％，Fe≤0.15％；余量为Al，其特征在于，还包括Sc，Sc的质量含量为0.25～0.6％。

2.权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将精Al料、Zn锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc、Al-Mn一起，在950℃～1050℃下进行熔化形成液体合金；

2)液体合金温度稳定在980℃左右时，进行喷射沉积制坯形成锭坯；

3)锭坯经均匀化处理后在360℃～420℃进行挤压和热处理形成最终铝合金材料。