CN109609818A - 一种高防弹性铝合金板材的制备方法 - Google Patents

一种高防弹性铝合金板材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高防弹性铝合金板材的制备方法，包括如下步骤：S1：将铝合金锭坯采用挤压方法制成铝合金板材；按质量百分比计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％‑8.8％、Cu：2.0％‑2.5％、Mg：2.0％‑2.6％、Zr：0.15％‑0.30％、CeO2：0.1％‑0.3％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。本发明所带来的有益效果：本发明所制备的铝合金板材，具有超高防弹性能，耐应力腐蚀性能优异。可提高装甲车辆的战场生存能力，减轻车身重量，提高机械性能。

Description

一种高防弹性铝合金板材的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金制备工艺技术领域，尤其涉及一种高防弹性铝合金板材的制备方法。
背景技术
铝合金是装甲车辆中常用的材料之一，它的用量仅次于装甲钢，主要用于防小口径弹丸和弹片，多用在轻型装甲车辆上。在不降低抗弹性能的情况下，使用铝合金装甲代替钢装甲，可大大降低装甲车辆的自重，提高装甲车辆的机动性能。另外，铝合金的密度低，韧性好，尤其是低温性能较好。而且具有良好的机械加工性能和焊接性能。
随着反坦克武器威力的日益增强与特种武器的出现，现代战争对坦克装甲车辆以及其他军用车辆的防护和生存能力提出了更高的要求。要求装甲车辆既具有高的防弹性能，又要具备高的耐应力腐蚀性能和良好的机动性能，其中较为重要的是轻量化要求。目前，国外现有的防弹铝合金主要有美国的2139铝合金，其力学性能为：抗拉强度Rm≥504MPa,屈服强度Rp0.2≥450MPa,延伸率≥ 13.5％。在高爆冲击中具有优异的抗弹性能，但其耐应力腐蚀性能较差。而且固溶温度范围较窄，加大了热处理的难度。国内现有的铝合金装甲材料主要是7A52 铝合金，其力学性能为：抗拉强度Rm≥410MPa,屈服强度Rp0.2≥345MPa,延伸率≥ 7％。7A52铝合金已成功应用于战车部件，具有良好的强韧性配合及抗弹性能，但其存在应力腐蚀开裂敏感的缺点，不适合在腐蚀条件下使用。因此，需要研制一种新型的高防弹性、耐应力腐蚀和轻量化的铝合金装甲材料，以满足装甲车辆的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高防弹性铝合金板材的制备方法，从而制备一种新型的高防弹性、耐应力腐蚀和轻量化的装甲铝合金材料。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，
一种高防弹性铝合金板材的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铝合金锭坯采用挤压方法制成铝合金板材；
按按质量百分比计计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％-8.8％、Cu：2.0％-2.5％、Mg：2.0％-2.6％、Zr：0.15％-0.30％、CeO2：0.1％-0.3％、Fe≤0.10％、 Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。
进一步的，按按质量百分比计计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％、 Cu：2.0％、Mg：2.0％、Zr：0.15％、CeO2：0.1％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。
进一步的，按按质量百分比计计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.8％、 Cu：2.5％、Mg：2.6％、Zr：0.30％、CeO2：0.3％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。
进一步的，所述挤压方法包括步骤：
S101：将铝合金锭坯加热至440-450℃，保温10-12h；
S102：挤压模具预热温度为400-420℃，挤压筒预热温度为420-430℃；
S103：将铝合金锭坯置于挤压筒内进行挤压，挤压速度为0.2-0.3mm/s；
S103：挤压成型，获得铝合金板材；
进一步的，还包括如下步骤：
S2：将步骤S1挤压方法获得的铝合金板材进行热处理。
进一步的，所述热处理包括步骤：
S201：将铝合金板材进行固溶处理；
S202：阶段淬火；
S203：分级时效处理。
进一步的，所述步骤S201包括：
将铝合金板材放入淬火炉中，由室温2-3h内升高至440-450℃，保温3-5h；
0.5-1h内温度升高至465-475℃，保温4-5h。
进一步的，所述步骤S202包括：
第一阶段冷却：将步骤S201固溶处理后的铝合金板材置于155-200℃的淬火油槽中，保温20-30s；
第二阶段冷却：转移至25℃的水中，转移时间不超过20s；
进一步的，所述步骤S203包括：
将步骤S202处理后的铝合金板材于1h内由室温升至120-135℃，保温 7.5-9h；
然后1h内升温至155-165℃，保温26-30h；
出炉空冷。
本发明所带来的有益效果：本发明所制备的铝合金板材，具有超高防弹性能，耐应力腐蚀性能优异。提高装甲车辆的战场生存能力，减轻车身重量，提高机械性能。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
在一些说明性的实施例中，实施例1：一种高防弹性铝合金板材的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铝合金锭坯采用挤压方法制成铝合金板材；铝合金锭坯为将原材料进行常规高温熔炼，再使用常规铸造工艺制得的铝合金锭坯。
具体步骤为：
S101：将直径为500mm铝合金锭坯加热至440-450℃，保温10-12h；
S102：挤压模具预热温度为400-420℃，挤压筒预热温度为420-430℃；
S103：将铝合金锭坯置于挤压筒内进行挤压，挤压速度为0.2-0.3mm/s；
S103：挤压成型，获得最终挤压出尺寸为30mm*710mm的铝合金板材；
S2：将步骤S1挤压方法获得的铝合金板材进行热处理，从而使板材获得更高的防弹性能和耐应力腐蚀性能；具体步骤为：
S201：将铝合金板材进行固溶处理；
将铝合金板材放入淬火炉中，由室温2-3h内升高至440-450℃，保温3-5h；
0.5-1h内温度升高至465-475℃，保温4-5h。
S202：阶段淬火；把固溶后的产品在较高的温度下进行短时间的冷却，保证过饱和固溶体在不发生分解的情况下进行冷却，然后再在室温水中冷却。阶段淬火可以大大降低淬火时产生的残余应力和残余变形，而产品的力学性能却下降不多。这保证了产品具有高防弹性的同时，拥有高的耐应力腐蚀性能。
第一阶段冷却：将步骤S201固溶处理后的铝合金板材置于155-200℃的淬火油槽中，保温20-30s；
第二阶段冷却：将第一阶段冷却处理的铝合金板材转移至25℃的水中，转移时间不超过20s；
S203：分级时效处理。
将步骤S202处理后的铝合金板材于1h内由室温升至120-135℃，保温 7.5-9h；
然后1h内升温至155-165℃，保温26-30h；
出炉空冷。
S3：获得优异的力学性能、防弹性能以及耐应力腐蚀性能的成品。
按按质量百分比计计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％-8.8％、Cu：2.0％-2.5％、Mg：2.0％-2.6％、Zr：0.15％-0.30％、CeO2：0.1％-0.3％、Fe≤0.10％、 Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。铝合金中的Zn元素和Mg元素是主要强化元素，能大大提高合金的强度和硬度。Cu元素能够降低晶界和晶内电位差，从而提高合金的抗应力腐蚀性能。CeO2是稀土氧化物，能作为异质形核的核心，起细化晶粒的作用，而且它能够减少Fe、Si杂质的有害影响，进一步提高合金的抗应力腐蚀性能。
实施例2：，按按质量百分比计计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％、 Cu：2.0％、Mg：2.0％、Zr：0.15％、CeO2：0.1％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。制备方法同实施例1。
实施例3：按按质量百分比计计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.8％、 Cu：2.5％、Mg：2.6％、Zr：0.30％、CeO2：0.3％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。制备方法同实施例1。
通过实施例1所制备的成品与现有7A52铝合金进行性能测试比较：
力学性能对比见下表：
防弹性能对比件下表：
对比7A52和本发明制备的铝合金，可以发现，本发明获得的铝合金的抗拉强度比现有的7A52铝合金装甲材料提高了29.6％，伸长率与7A52铝合金相当。力学性能明显优于现有的铝合金装甲材料。安全角是指射击距离一定时，装甲板材获得合格损伤的最小入射角。在板材厚度和射击条件相同的情况下，安全角越小，说明防弹性能越高。由表可以看出，本发明制备的铝合金的安全角比 7A52的减小11.1％，防弹性能明显提升。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将铝合金锭坯采用挤压方法制成铝合金板材；
按质量百分比计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％-8.8％、Cu：2.0％-2.5％、Mg：2.0％-2.6％、Zr：0.15％-0.30％、CeO2：0.1％-0.3％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.2％、Cu：2.0％、Mg：2.0％、Zr：0.15％、CeO2：0.1％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，该铝合金锭坯的化学成分如下：Zn：8.8％、Cu：2.5％、Mg：2.6％、Zr：0.30％、CeO2：0.3％、Fe≤0.10％、Cr+Ti≤0.07％，余量为Al。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述挤压方法包括步骤：
S101：将铝合金锭坯加热至440-450℃，保温10-12h；
S102：挤压模具预热温度为400-420℃，挤压筒预热温度为420-430℃；
S103：将铝合金锭坯置于挤压筒内进行挤压，挤压速度为0.2-0.3mm/s；
S103：挤压成型，获得铝合金板材。
5.根据权利要求4所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S2：将步骤S1挤压方法获得的铝合金板材进行热处理。
6.根据权利要求5所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述热处理包括步骤：
S201：将铝合金板材进行固溶处理；
S202：阶段淬火；
S203：分级时效处理。
7.根据权利要求6所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S201包括：
将铝合金板材放入淬火炉中，由室温2-3h内升高至440-450℃，保温3-5h；
0.5-1h内温度升高至465-475℃，保温4-5h。
8.根据权利要求6所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S202包括：
第一阶段冷却：将步骤S201固溶处理后的铝合金板材置于155-200℃的淬火油槽中，保温20-30s；
第二阶段冷却：转移至25℃的水中，转移时间不超过20s。
9.根据权利要求6所述的一种高防弹性铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S203包括：
将步骤S202处理后的铝合金板材于1h内由室温升至120-135℃，保温7.5-9h；
然后1h内升温至155-165℃，保温26-30h；
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