CN109097646B - 780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种780‑820MPa超高强度铝合金，其特征在于：它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)和锆(Zr)组成，其中，锌(Zn)的质量百分比为10.7～11.2％，镁(Mg)的质量百分比为2.8～3.0％，铜(Cu)的质量百分比为1.2～1.3％，锆(Zr)的质量百分比为0.2％，余量为铝和少量杂质元素。该合金的制备依次包括：(1)熔铸；(2)均质化处理(400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h)；(3)挤压加工；(4)固溶时效处理(450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h和121℃×5h+133℃×16h或者450℃×2h+460℃×2h+465℃×2h和121℃×24h)。本发明合金最高强度可达827.993MPa，同时延伸率为8.1％。

Description

780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，尤其是一种7000系铝合金及其制备方法，具体地说是一种780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法。
背景技术
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是一种可热处理强化的高强度变形铝合金，由于其高的比强度，低密度以及优良的抗腐蚀性能等应用于航天，高速列车，新能源汽车等领域。随着对零部件轻量化和安全的双重要求的提出，进一步加强轻量化铝合金材料成分优化和性能调控，从而研制强度级别更高的铝合金是十分必要的。
Zn、Mg元素形成的相是合金中主要的强化相，具有很好的时效强化作用。一般来说，提高Zn、Mg元素在合金中的百分比，可以增加相的数量，进而提高强度和硬度，但是Zn、Mg含量过高，反而会降低强度，硬度，塑性和韧性。
Zr元素在合金中会和Al形成不同结构的Al3Zr相，四方结构的Al3Zr相可以细化铸态晶粒组织；这对合金内部位错起到钉扎作用，从而抑制合金再结晶，提高合金的强度。
到目前为止，尚未有一种具有自主知识产权的780-820MPa超高强度铝合金的成分设计及其制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是通过成分设计和制备技术设计，发明一种780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种780-820MPa超高强度铝合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、锌（Zn）、镁（Mg）、铜（Cu）和锆（Zr）组成，其中，锌（Zn）的质量百分比为10.7-11.2%，镁（Mg）的质量百分比为2.8-3.0%，铜（Cu）的质量百分比为1.2-1.3%，锆（Zr）的质量百分比为0.2%，余量为铝和少量杂质元素。
本发明的技术方案之二是：
一种780-820MPa超高强度铝合金的制备方法，其特征是它依次包括：1）熔铸；（2）均质化退火；（3）挤压加工；（4）固溶时效处理。
所述的熔铸：先将熔炉加热到900±10℃，然后将纯Al放到中频坩埚炉里面；熔化后将依次加入Al-Zr合金，Al-Cu合金和纯Zn；待熔化后将其搅拌均匀，加入C2Cl6除气并轻轻搅拌均匀；待温度降到800±10℃，加入用铝箔纸包好的Mg，等待20分钟后，加入六氯乙烷除气并轻轻搅拌；静置15分钟后将其浇注在铸铁模具中；所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。
所述的均质化退火：其特征是其工艺为400±5℃×6h+420±5℃×6h+440±5℃×6h+460±5℃×12h。
所述的挤压加工：工艺为将铸锭放入电阻炉中进行一定时间的保温（保温1-2小时），保温完成后进行去皮，然后将铸锭放在1400 T挤压机上进行挤压比不小于15的大挤压比的挤压；
所述的固溶时效处理：固溶工艺为450 ℃×2 h+460 ℃×2 h+470℃×2h，时效工艺为121℃×5h+133℃×16h或者固溶工艺为450 ℃×2 h+460 ℃×2 h+465 ℃×2 h，时效工艺为121 ℃×24 h；即可获得780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法。
本发明的有益效果：
（1）本发明获得了一种780-820MPa超高强度铝合金的成分及其制备方法。
（2）本发明合金最高强度可达827.993MPa同时延伸率为8.1％。
附图说明
图1 是本发明实施例一挤压-固溶处理后的铝合金的微观组织金相图。
图2 是本发明实施例一时效处理后合金的拉伸断口形貌。
图3 是本发明实施例二挤压-固溶处理后的铝合金的微观组织金相图。
图4是本发明实施例二时效处理后合金的拉伸断口形貌。
图5是本发明实施例三时效处理后合金的拉伸断口形貌。
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、2所示。
一种780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法：
按28kg铝合金配制为例。
先将21.29 kg 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）在900±10℃熔炉中熔化后依次加入0.77 kgAl-Cu(49.62%Al, 50.12%Cu,0.15%Fe, 0.11%Si )中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、1.48 kg Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )(Zr的损失率约为8%)、3.41 kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.05 kg纯Mg(Mg的损失率约为20%)，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，熔化过程中将前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待熔化后将其搅拌均匀，加入C2Cl6除气并轻轻搅拌均匀；待温度降到800±10℃，加入用铝箔纸包好的Mg，等待20分钟后，加入六氯乙烷除气并轻轻搅拌；静置15分钟后将其浇注在铸铁模具中得到铸锭；对熔铸成锭的合金依次进行400±5℃×6h+ 420±5 ℃×6h+440 ±5℃×6h+460 ±5℃×12h的均质化退火处理，然后在1400吨挤压机上进行挤压比为21的大挤压比的挤压加工；最后进行450 ℃×2h+460 ℃×2h+470 ℃×2h的固溶处理和121 ℃×5 h+133 ℃×16 h的时效处理；即获得827.993超高强度铝合金。具体实施时，固溶工艺还可为450 ℃×2 h+460 ℃×2h+465 ℃×2 h，时效工艺为121 ℃×24 h。
本实施例的铝合金其成分为Al-11.2Zn-3.0Mg-1.3Cu-0.2Zr，实测强度为827.993MPa、延伸率为8.1％。微观组织金相图如图1所示，拉伸断口示意图如图2所示。
实施例二。
如图3、4所示。
一种780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法：
按28kg铝合金配制为例。
先将21.57 kg 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0.71 kgAl-Cu(49.62%Al, 50.12%Cu,0.15%Fe, 0.11%Si )中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、1.48 kg Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr的损失率约为8%)、3.26 kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、0.98 kg纯Mg(Mg的损失率约为20%)，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，熔化过程中将前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待熔化后将其搅拌均匀，加入C2Cl6除气并轻轻搅拌均匀；待温度降到800℃，加入用铝箔纸包好的Mg，等待20分钟后，加入六氯乙烷除气并轻轻搅拌；静置15分钟后将其浇注在铸铁模具中，得到铸锭；对熔铸成锭的合金依次进行400℃×6h+ 420 ℃×6h+440 ℃×6h+460 ℃×12h的均质化退火处理，均质化处理后再在1400吨挤压机上进行挤压比为17的大挤压比的挤压加工，最后进行450 ℃×2h+460 ℃×2h+465 ℃×2h的固溶处理和121℃×24h的时效处理；即获得一种787.12MPa超高强度铝合金。
本实施例的铝合金的成分为Al-10.7 Zn-2.8 Mg-1.2 Cu-0.2Zr，实测强度为787.12MPa、延伸率为5.47％。微观组织金相图如图3所示，拉伸断口示意图如图4所示。
实施例三。
如图5所示。
一种780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法：
按28kg铝合金配制为例。
先将21.43kg 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0.74 kgAl-Cu(49.62%Al, 50.12%Cu,0.15%Fe, 0.11%Si )中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、1.48 kg Al-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr的损失率约为8%)、3.335 kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.015 kg纯Mg(Mg的损失率约为20%)，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，熔化过程中将前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待熔化后将其搅拌均匀，加入C2Cl6除气并轻轻搅拌均匀；待温度降到800℃，加入用铝箔纸包好的Mg，等待20分钟后，加入六氯乙烷除气并轻轻搅拌；静置15分钟后将其浇注在铸铁模具中，得到铸锭；对熔铸成锭的合金依次进行400℃×6h+ 420 ℃×6h+440 ℃×6h+460 ℃×12h的均质化退火处理，均质化处理后再在1400吨挤压机上进行挤压比为20的大挤压比的挤压加工，最后进行450 ℃×2 h+460 ℃×2 h+465 ℃×2 h固深处理和121 ℃×24 h的时效处理即获得一种800MPa超高强度铝合金。
本实施例的铝合金的成分为Al-10.95 Zn-2.9 Mg-1.25 Cu-0.2Zr，实测强度为800MPa、延伸率为6％。微观组织金相图与图1相似，拉伸断口示意图如图5所示。
以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法。
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 (1)

1.一种780-820MPa超高强度铝合金，其特征是由以下方法制备而成：
（1）熔铸：先将熔炉加热到900±10℃，然后将纯Al放到中频坩埚炉里面熔化后，依次加入Al-4.11%Zr中间合金，Al-50.12%Cu中间合金和纯Zn；待加入的Al-Zr合金，Al-Cu合金和纯Zn熔化后将其搅拌均匀，加入C2Cl6除气并轻轻搅拌均匀；待温度降到800±10℃，加入用铝箔纸包好的Mg，等待20分钟后，再次加入六氯乙烷除气并轻轻搅拌；静置15分钟后将其浇注在铸铁模具中，得到铸锭；
（2）均质化退火：将铸锭进行(400±5)℃×6h+(420±5）℃×6h+（440±5）℃×6h+（460±5）℃×12h的退火处理；
（3）挤压加工：将铸锭放入电阻炉中进行一定时间的保温，保温完成后进行去皮，然后将铸锭在挤压机上进行挤压比大于15的挤压；
（4）固溶时效处理：固溶工艺为450 ℃×2 h+460 ℃×2 h+470℃×2h，时效工艺为121℃×5h+133℃×16h或者固溶工艺为450 ℃×2 h+460 ℃×2 h+465 ℃×2 h，时效工艺为121 ℃×24 h；即可获得780-820MPa超高强度铝合金；该780-820MPa超高强度铝合金由铝（Al）、锌（Zn）、镁（Mg）、铜（Cu）、锆（Zr）组成，其中，锌（Zn）的质量百分比为10.7～11.2%，镁（Mg）的质量百分比为2.8～3.0%，铜（Cu）的质量百分比为1.2～1.3%，锆（Zr）的质量百分比为0.2%，余量为铝和少量杂质元素。
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