CN107475579A - 锰锌锆合金化的高强铝镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金及其制备方法，其特征是所述的铝合金主要由铝（Al）、镁（Mg）、锰（Mn）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，所述的制备方法依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火（420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h）；（3）热塑性变形（温度520℃、变形量60%）和冷塑性变形（室温、变形量50%）。本发明的合金实测强度最高可达457.593~474.956MPa；按国标GB/T 7998‑2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为86.81~163.92mm。能很好的满足我国海洋工程、航空航天、武器装备等领域的需求。

Description

锰锌锆合金化的高强铝镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料技术及其制备方法，尤其是一种高强铝镁合金及其制备方法，具体地说是一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金及其制备方法。
背景技术
Al-Mg系铝合金，具有中等强度，良好的耐蚀性能和加工成型性能，广泛应用于海洋工程、航空航天等领域。众所周知，Al-Mg系铝合金是不可热处理强化铝合金，其强化途径主要是Mg元素的固溶强化。Mg元素有显著促进再结晶，降低位错和小角度晶界强化的效果，也能提高合金的固溶时效沉淀强化。然而，随着Mg元素含量的增加，当Mg含量过高时，合金晶界上会析出腐蚀电位(−1.085V)比铝基体α(Al)的腐蚀电位(−0.812V)低的β(Al3Mg2)相，合金具有很大的晶间腐蚀敏感性，并且合金的塑性成形性能下降，限制了合金及其制品的广泛应用。
合金化是调控合金组织性能的有效手段。添加Zn元素可使Al-Mg系合金晶界形成τ(Mg32(Al，Zn)49)相来抑制β(Al3Mg2)相的析出，由于τ(Mg32(Al，Zn)49)的腐蚀电位(−0.813V)比β(Al3Mg2)相的腐蚀电位(−1.085V)高并且与铝基体α(Al)的腐蚀电位(−0.812V)相近，因此，Zn元素的合金化在提高合金强度的同时不会严重降低合金的抗腐蚀性能。Mg在合金中起主要强化作用，主要强化相有η′(MgZn)和η(MgZn2)，镁的含量超过形成η(MgZn2)相所需的含量时，还会对合金产生补充强化作用；添加Mn、Zr元素可使合金内部析出MnAl6、ZrAl3质点，细化合金组织，降低合金再结晶温度，不仅可以提高合金的强度，而且可以提高合金的抗腐蚀性能和塑性成形性能。
但是，到目前为止，关于高强铝合金的研究和制备方法都不太成熟，这一定程度上制约了我国海洋电缆敷设装置、航空航天、武器装备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的5000系和6000系铝合金的抗腐蚀性、强度、塑性成形性难以兼顾的问题，发明一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，同时提供其相应的制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、镁（Mg）、锰（Mn）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，镁（Mg）的质量百分比为4.8%~5.6%，锰（Mn）的质量百分比为0.685%~1.47%，锌（Zn）的质量百分比为0.7%~0.8%，锆（Zr）的质量百分比为0.213%~0.243%，余量为铝和少量杂质元素，各组分的质量百分比之和为100%。
本发明的技术方案之二是：
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金的制备方法，其特征是它包括以下步骤：
（1）熔铸：将纯Al熔化后加入Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入纯Zn和纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~ 20min后去渣并浇铸成锭；
（2）均质化退火：对浇铸成锭的合金进行成分均匀化的扩散退火处理；
（3）塑性变形加工：对成分均匀化扩散退火处理的合金进行热塑性变形和冷塑性变形加工，即可获得锰锌锆合金化的高强铝镁合金。
所述的Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。
均匀化的扩散退火处理工艺为420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h。
所述的热塑性变形加工的温度为520±10℃，变形量为60±5%；所述的冷塑性变形加工为温度为室温，变形量为50±5%。
所述的热塑性变形加工其最佳工艺为温度为520℃，变形量为60%；所述的冷塑性变形加工其最佳工艺为温度为室温，变形量为50%。
本发明的有益效果：
（1）本发明创造性地提出一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金及其制备方法：“熔铸-均质化退火-塑性变形加工”。合金铸锭后经均质化退火处理（420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h）、热塑性变形（温度520℃、变形量60%）和冷塑性变形（室温、变形量50%）后，抗拉强度为457.593~474.956MPa；按国标GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为86.81~163.92mm。
（2）本发明公开了一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金的制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国海洋工程、航空航天、武器装备等领域的需求。
（3）本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。
附图说明
图1是本发明实施例一中合金晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图2是本发明实施例二中合金晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图3是本发明对比例一中合金晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图4是本发明对比例二中合金晶间腐蚀试验后横截面金相图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其制备方法为：
先将A00等级纯Al（成分：99.79%Al，0.14%Fe，0.04%Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质）熔化后依次加入Al-Mn (89.73Al，10.02Mn，0.19Fe，0.06Si )中间合金、Al-Zr中间合金(95.69%Al，4.11%Zr，0.20%Fe，0.10%Si )，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入纯Zn和纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~20min后去渣并浇铸成锭。所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制。对熔铸成锭的合金进行420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h的成分均匀化的扩散退火处理，并进行温度为520℃、变形量为60%的热塑性变形和温度为室温、变形量为50%的冷塑性变形；即获得锰锌锆合金化的高强铝镁合金。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：4.8%Mg，1.45%Mn，0.794%Zn，0.22%Zr，余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金的抗拉强度为474.956 MPa；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为86.81 mm（附图1中测量的一半）。
实施例二。
如图2所示。
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其制备方法与实施例一类同。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：5.6%Mg，1.47%Mn，0.759%Zn，0.213%Zr，余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金的抗拉强度为471.417 MPa；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系的测试标准其晶间腐蚀最大腐蚀深度为163.92 mm（附图3）。
对比例一。
如图3所示。
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其制备方法与实施例一类同。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：5.19%Mg，0.687%Mn，0.0264%Zn，0.243%Zr，余量为铝和杂质元素。
本实施例的铝合金的抗拉强度为457.593 MPa；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系的测试标准其不发生晶间腐蚀，仅发生点蚀，最大腐蚀深度为297.01mm。
对比例二
如图4所示。
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其制备方法与实施例一类同。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：5.68%Mg，0.601%Mn，0.0493%Zn，0.22%Zr，0.272%Cu，余量为铝和杂质元素。
本实施例的铝合金的抗拉强度为457.913 MPa。晶间腐蚀发生贯穿，腐蚀效果不好。
将实施例与对比例比较，经分析发现，合金各元素配比的不同对于锰锌锆合金化的高强铝镁合金的强度以及晶间腐蚀有很大的影响。对比例中Zn的含量不在设计范围内且较低，得到的强度低于实施例中的强度，并且晶间腐蚀效果不好，仅发生点蚀甚至腐蚀贯穿了合金。
实施例三。
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其制备方法为（以100克为例计算）：
先将81.352克A00等级纯Al熔化后依次加入6.836克Al-Mn中间合金、5.912克Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入0.7克纯Zn和5.2克纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~20 min后去渣并浇铸成锭。所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制。对熔铸成锭的合金进行420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h的成分均匀化的扩散退火处理，并进行温度为530℃、变形量为55%的热塑性变形和温度为室温、变形量为55%的冷塑性变形；即获得锰锌锆合金化的高强铝镁合金。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：5.2%Mg，0.685%Mn，0.7%Zn，0.243%Zr，余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金的抗拉强度为474.931 MPa；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为86.91 mm。
实施例四。
一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其制备方法为（以100克为例计算）：
先将78.224克A00等级纯Al熔化后依次加入9.980克Al-Mn中间合金、5.596克Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入0.8克纯Zn和5.4克纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~20 min后去渣并浇铸成锭。所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制。对熔铸成锭的合金进行420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h的成分均匀化的扩散退火处理，并进行温度为510℃、变形量为65%的热塑性变形和温度为室温、变形量为45%的冷塑性变形；即获得锰锌锆合金化的高强铝镁合金。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：5.4%Mg，1%Mn，0.8%Zn，0.230%Zr，余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金的抗拉强度为474.921 MPa；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为86.95 mm。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种锰锌锆合金化的高强铝镁合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、镁（Mg）、锰（Mn）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，镁（Mg）的质量百分比为4.8%~5.6%，锰（Mn）的质量百分比为0.685%~1.47%，锌（Zn）的质量百分比为0.7%~0.8%，锆（Zr）的质量百分比为0.213%~0.243%，余量为铝和少量杂质元素，各组分的质量百分比之和为100%。
2.一种权利要求1所述的锰锌锆合金化的高强铝镁合金的制备方法，其特征是它包括以下步骤：
（1）熔铸：将纯Al熔化后加入Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入纯Zn和纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~ 20min后去渣并浇铸成锭；
（2）均质化退火：对浇铸成锭的合金进行成分均匀化的扩散退火处理；
（3）塑性变形加工：对成分均匀化扩散退火处理的合金进行热塑性变形和冷塑性变形加工，即可获得锰锌锆合金化的高强铝镁合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的均匀化的扩散退火处理工艺为420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的热塑性变形加工的温度为520±10℃，变形量为60±5%；所述的冷塑性变形加工为温度为室温，变形量为50±5%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的热塑性变形加工的温度为520℃，变形量为60%；所述的冷塑性变形加工的变形量为50%。
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