CN108642348B

CN108642348B - 一种Al-Zn-Mg系铝合金型材及其制备方法

Info

Publication number: CN108642348B
Application number: CN201810568999.8A
Authority: CN
Inventors: 陈卫平; 钱晓泰; 陈青松; 王晓平; 李雄飞; 刘应超; 徐定能
Original assignee: Hunan Oriental Scandium Co ltd
Current assignee: Hunan Oriental Scandium Co ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: CN108642348A

Abstract

本发明提供一种Al‑Zn‑Mg系铝合金型材及其制备方法，铝合金中各成分的质量百分含量如下：Zn 4.5‑5.8%；Mg 1.8‑2.5%；Cu 0.3‑0.8%；Li 0.1‑0.5%；Zr 0.05‑0.2%；Sc 0.03‑0.3%；Mn 0.2‑0.4%；Ti 0.03‑0.06%；余量为Al及不可避免的杂质；其中Zn与Mg的质量比为1.8‑3.2。本申请获得了一类综合性能良好的铝合金，该铝合金经热处理后的抗拉强度（Rm）500‑560MPa，屈服强度（Rp0.2）450‑520MPa，断后延伸率(As)10‑17%；同时，焊接性，可挤压加工性、耐腐蚀性能均较好。

Description

一种Al-Zn-Mg系铝合金型材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种Al-Zn-Mg系铝合金型材及其制备方法，属于铝合金加工技术领域。

背景技术

随着轨道交通、汽车轻量化的要求，高强铝合金将得到广泛应用。7003、7005合金具有良好的加工及可焊性，但是抗拉强度为300-350Mpa，不能满足更高强度需求。7075、7050合金的抗拉强度500-600MPa，延伸率6-9％，强度高，但是挤压加工及可焊性差，存在耐腐蚀性差问题。所以目前并没有一种综合性能较好的铝合金，既可以满足较高的强度需求，又具有较好的挤压加工性能、焊接，耐腐蚀性能等。

众所周知，钪元素是铝合金最好的变质剂，加入钪元素可以改善铝合金性能，提高强度，焊接性，耐蚀性等，如CN103981408A。通常在铝合金中钪加入量在0.1-0.3wt％，效果好，但由于钪价格高，导致性价比差，一吨铝合金棒材(含0.3％Sc)材料成本增加3万，而铝的价格才1.4万/吨，高昂的价格阻碍了钪的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是，降低铝合金中的Sc的含量，节省铝合金的成本，并改善铝合金的综合性能。

本发明的技术方案是，提供一种Al-Zn-Mg系铝合金型材，铝合金中各成分的质量百分含量如下：

Zn 4.5-5.8％；

Mg 1.8-2.5％；

Cu 0.3-0.8％；

Li 0.1-0.5％；

Zr 0.05-0.2％；

Sc 0.03-0.3％；

Mn 0.2-0.4％；

Ti 0.03-0.06％；

余量为Al及不可避免的杂质；其中Zn与Mg的质量比为1.8-3.2。

优选地，不可避免的杂质为：Fe<0.2％；Si<0.1％。

优选地，Zn与Mg质量百分含量之和为7-8％。

优选地，Sc的含量为0.03-0.10％；更优选0.05-0.08％。Sc的变质效果好，但是价格昂贵，本申请可以在使用较少的Sc的情况下达到较好的综合效果。

优选地，Sc的含量为0.11-0.30％。当Sc的含量较多时，其变质效果会更好，从而综合性能也会更为突出。

优选地，Li的含量为0.20-0.35％。

本发明还提供一种铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按上述的铝合金型材的成分进行配料；其中配料的原料为：纯铝、锌、镁、铝铜、铝锰、铝钛硼丝、铝锆、铝钪、铝锂；

(2)熔炼：将纯铝熔化后，依次加入铝铜、铝锰、铝锆、铝钪、锌、镁、铝锂，熔化温度为740-760℃，合金化后，精炼除气，静置，扒渣，过滤；铸锭时，加入铝钛硼丝，铸锭温度720-740度；

(3)均匀化处理：将铸锭放入退火炉中，升温至温度460-470℃，保温10-14小时，出炉冷却；

(4)挤压加工：挤压比10-90，铸锭加热温度420-480℃，保温4-6小时，挤压出口速度2-9m/min，将挤出的型材淬火；

(5)热处理：淬火后的型材拉伸矫直后，放入时效炉中加热到110-130℃，保温20-30小时，空冷至室温，即得到铝合金型材。

优选地，淬火为在线水淬火或在淬火炉中加热淬火。

优选地，步骤(4)中使用分流模挤压。

优选地，铝钛硼丝在铸锭时在线加入。

本申请的铝合金可使用常规的方法进行生产、加工。另外，由于一般高强度的铝合金可加工性能不好，难以挤压制备成型材，而本申请的铝合金改善了其性能之后可以实现铝合金型材的挤压加工，如可以使用分流模挤压。

一般来说，高强度的铝合金在淬火炉中用水淬火，但是本申请为节省工序，可以直接在线淬火，即直接用水淬火，这简化了生产工艺，而铝合金的性能没有受到明显的影响。

本申请中的“在线”是指在生产线上即可完成的操作，这样可以提高生产的连续性。

本申请对AlZnMg合金进行了精心设计，通过选择Zn/Mg比及Zn+Mg总量控制，适当减少强化相MgZn2量，也就减少了合金高温下的变形抗力，解决可挤压性，利用多种微合金化元素Sc，Cu，Li，Zr，Ti强化，达到强度、塑性、抗腐蚀性综合统一。添加Li，可以形成Al3Li与Al3Sc复合强化相，改善强度。而Cu可以形成MgCuZn，MgCu相，影响MgZn2相，从而改善强度及抗蚀性，Cu过多则影响焊接性及加工性，而添加钪，可以形成Al3Sc强化相，同时细化晶粒，改善加工塑性，阻止再结晶发生，控制含钪量＜0.1wt％，材料成本增加小于1万/吨。Zr,Ti的作用，在铝合金中同样可以形成Al3Zr，Al3Ti相，细化晶粒，同时提高强度，多种微元素强化方式组合，进一步调整和强化铝合金综合性能，获得一种性价比好的高强、可焊、抗蚀铝合金挤压型材，可以分流模挤压，并在热处理工艺中，通过挤压在线水淬火，不需要专门淬火炉，进一步降低生产成本，简化了生产流程。该铝合金材料特别适合在轨道交通汽车领域大规模应用。

上述思路仅仅是发明人的事后分析，实际情况可能复杂的多，因为每一种元素的添加及其用量都会对铝合金的整体性能产生影响，所以当涉及两种甚至多种元素及其用量发生变化时，要想获得综合性能好的铝合金是非常困难的。

本发明的有益效果是，获得了一类综合性能良好的铝合金，该铝合金经热处理后的抗拉强度(Rm)500-560MPa，屈服强度(Rp0.2)450-520MPa，断后延伸率(As)10-14％；同时，焊接性，可挤压性、耐剥落腐蚀性能均较好。

附图说明

图1表示实施例一的铸锭组织金相。

图2表示实施例一的透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)按照4.8wt％Zn，2.1wt％Mg,，0.3wt％Li，0.06wt％Sc，0.1wt％Zr，0.3wt％Cu,，0.2wt％Mn，0.04wt％Ti，余Al，备料，其中Li，Cu，Mn，Zr，Sc，Ti，B以中间合金形式加入。

(2)采用电炉熔炼，先加入铝锭，熔化后，依次加入Al-Cu，Al-Mn，Al-Zr，Al-Sc，Zn，Mg，Al-Li熔炼温度控制在740-760度，电磁搅拌10分钟，通入氯氩混合气除气，静置15-20分钟，扒渣，在线加入Al-Ti-B丝，经陶瓷过滤器过滤，半连续铸锭，浇注温度控制在720-740度。

(3)将步骤(2)的铸锭，放入退火炉中，进行均匀化退火，工艺条件460-480度，12小时保温，出炉冷却。

(4)将步骤(3)的铸锭，放入加热炉中，加热至520度，4小时保温后，挤压比35，进行挤压加工，并在线空气淬火。

(5)将步骤(4)获得的挤压型材，拉伸矫直后，放入时效炉中，进行时效，工艺条件120度，24小时后，空冷，得本发明的铝合金型材。材料的成分和性能分别见表一和表二。

该铝合金材料的铸锭组织金相图和透射电镜照片分别如图1和图2所示，从图1中可以看出：铸造晶粒细化，加工性能改善，从图2电镜照片组织中有Al3(ScLi)，Al3(ScZr)粒子析出。

实施例2

本实施例制备方法同实施例1，不同点在于时效前，挤压出来的型材不采用在线空气淬火，而是放入淬火炉中，加热到460-480度，保温1-2小时后，水冷淬火，之后再进行时效，时效工艺同实施例1。

实施例3

按照4.1wt％Zn，2.40wt％Mg，0.5wt％Li，0.08wt％Sc，0.08wt％Zr，0.8wt％Cu，0.4wt％Mn，0.06wt％Ti，余Al，备料，具体操作步骤同于实施例1。

实施例4

按照6.5wt％Zn，2.2wt％Mg，0.2wt％Li，0.30wt％Sc，0.06wt％Zr，0.2wt％Cu，0.4wt％Mn，0.06wt％Ti，余Al，备料，此实施例与实施例3不同点，在于0.25wt％Sc，具体操作步骤同于实施例1。

对比例1

7075合金成分按照表一，性能见表二。

对比例二

7005合金成分按照表一，性能见表二。

对比例三

6063合金成分按照表一，性能见表二。

表一实施例及对比例合金成分表(wt％)

表二实施例及对比例的性能检测

Claims

1.一种Al-Zn-Mg系铝合金型材，其特征在于，铝合金中各成分的质量百分含量如下：

Zn 4.5-5.8%；

Mg 1.8-2.5%；

Cu 0.2%或0.3%；

Li 0.1-0.5%；

Zr 0.05-0.2%；

Sc 0.03-0.3%；

Mn 0.2-0.4%；

Ti 0.03-0.06%；

余量为Al及不可避免的杂质；其中Zn与Mg的质量比为1.8-3.2；Zn与Mg质量百分含量之和为6.3-8.3%；

铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按上述铝合金型材的成分进行配料；其中配料的原料为：纯铝、锌、镁、铝铜、铝锰、铝钛硼丝、铝锆、铝钪、铝锂；

（2）熔炼：将纯铝熔化后，依次加入铝铜、铝锰、铝锆、铝钪、锌、镁、铝锂，熔化温度为740-760℃，合金化后，精炼除气，静置，扒渣，过滤；铸锭时，加入铝钛硼丝，铸锭温度720-740度；

（3）均匀化处理：将铸锭放入退火炉中，升温至温度460-470℃，保温10-14小时，出炉冷却；

（4）挤压加工：挤压比10-90，铸锭加热温度420-480℃，保温4-6小时，挤压出口速度2-9m/min，挤出型材淬火；

（5）热处理：型材拉伸矫直后，放入时效炉中加热到110-130℃，保温20-30小时，空冷至室温，即得到铝合金型材。

2.如权利要求1所述的铝合金型材，其特征在于，不可避免的杂质为：Fe <0.2%；Si <0.1%。

3.如权利要求1所述的铝合金型材，其特征在于，Sc的含量为0.03-0.15%。

4.如权利要求1所述的铝合金型材，其特征在于，Li 的含量为0.20-0.35%。

5.如权利要求1所述铝合金型材的制备方法，其特征在于，淬火为在线水淬火或在淬火炉中加热淬火。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中使用分流模挤压。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，铝钛硼丝在铸锭时在线加入。