CN110592443B - 一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐热耐腐蚀的680MPa‑730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法，其特征是它主要由铝、锌、镁、铜、锆和钛组成。其制备方法依次包括：熔铸；均质化退火；固溶处理和时效处理。本发明的铝合金的250℃下的热压缩应力峰值最大为320.41MPa，抗晶间腐蚀深度最小137.42um，抗拉强度最高为725.49MPa。本发明使用Ti合金化技术，在合金中添加适量Ti元素，使合金内部晶粒细化位错强化提高，合金强度和耐腐蚀性都有提高，减小了第二相的晶粒尺寸，组织分布均匀，有效改善了合金的高温性能；本发明制备的铝合金具有较高的耐高温强度、耐腐蚀性，较好的满足了航空航天领域对零部件耐高温性和耐腐蚀性的要求。

Description

一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金，尤其是一种高强铝合金，具体而言是一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法。
背景技术
Al-Zn-Mg-Cu系列铝合金具有密度小、强度高、加工性能好等优点，被广泛运用于现代航空航天工业和一些民用交通工具。随着时代的发展，大量的创新科技和高新技术得到了开发和应用，特别是航空领域的飞速发展，对铝合金材料的性能提出了更高要求，比如合金的耐热性。传统的铝合金在高温下将会发生软化，合金内部晶粒尺寸会有所增大进而导致合金抗拉强度的损失，而耐热铝合金则可以保持较为优良的高温强度。
为了满足应用需求，人们对铝合金材料的强度、耐腐蚀性等性能进行了广泛的研究。在合金中加入Ti元素可以一定程度地提升合金的高温性能，这是因为一方面这些元素的加入可以促使合金内部生成弥散强化相，从而使亚结构趋于平稳，给晶界滑移增加阻力，另一方面这些元素的加入，也能达到抑制合金内部再结晶的效果。第二相的晶粒尺寸越小，分布越均匀，熔点越高，越能改善合金的高温性能。
为了解决现有铝合金耐高温强度不足、抗腐蚀性较低的问题，急需发明一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的铝合金存在的不足，发明一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金及其制备方法，解决了合金耐高温强度不足、抗腐蚀性低的问题。
本发明的技术方案之一是：
一种耐热耐腐蚀的680MPa-730Mpa强度的Ti合金化铝合金，其特征在于：其主要由铝（Al）、锌（Zn）、镁（Mg）、铜（Cu）、锆（Zr）和钛（Ti）组成，其中，锌（Zn）的质量百分比为8.50-8.54%，镁（Mg）的质量百分比为2.38-2.45%，铜（Cu）的质量百分比为0.84-0.86%，锆（Zr）的质量百分比为0.186%-0.196，钛（Ti）的质量百分比为0.23-0.78%，其余为铝和不可避免的杂质元素；各组份之和为100%。
所述的铜（Cu）为、Al-Cu中间合金，所述的锆（Zr）为Al-Zr中间合金，所述的钛（Ti）为Al-Ti-B中间合金。
本发明的技术方案之二是：
一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa强度的Ti合金化铝合金的制备方法，其特征是它依次包括：（1）熔铸，（2）均质化退火，（4）固溶处理，（5）时效；
所述的熔铸是将Al、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Ti-B中间合金加入熔炼炉中，熔炼温度为900±10℃；待所有材料熔化之后，再保温2±0.5h；将温度降到750±10℃后，加入Zn，保温15分钟，再加入Mg，保温10分钟，再加入六氯乙烷精炼剂，保温15分钟，除渣，最后浇铸成锭；
所述的均质化退火是450±10℃×24h；
所述的固溶处理是450±10℃×2h+460±10℃×2h+470±10℃×2h，水淬；
所述的时效是120±10℃×24h。
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%，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11%。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明使用Ti合金化技术，在合金中添加适量Ti元素，使合金内部晶粒细化，位错强化提高，合金耐热性和耐腐蚀性都有很大提高；减小了第二相的晶粒尺寸，组织分布均匀，有效改善了合金的高温性能；
（2）本发明制备的铝合金具有较高的耐高温强度、耐腐蚀性，满足了航空航天领域对零部件高耐热性和高耐腐蚀性的要求。
（3）本发明的铝合金，250℃下的热压缩应力峰值为274.28MPa-320.41MPa，相比未添加Ti元素的铝合金最大提高了100.67MPa；抗晶间腐蚀深度为156.89um-187.74um,相比未添加Ti元素的铝合金最多减小了59.05um，抗拉强度为678.38MPa-725.49MPa。
附图说明
图1为实施例1的铝合金的金相组织图。
图2为实施例1的铝合金的晶间腐蚀图。
图3为实施例2的铝合金的金相组织图。
图4为实施例2的铝合金的晶间腐蚀图。
图5为对比例1的铝合金的金相组织图。
图6为对比例1的铝合金的晶间腐蚀图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1。
一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金，包括如下重量百分比的成分：Zn 8.54%、Mg 2.45%、Cu 0.86%、Zr 0.196%、Ti 0.23%，其余为Al和不可避免的杂质元素。
该合金的制备方法如下：
按1200g铝合金配制为例。
先将750.54g A00等级纯Al、24.42g Al-Cu中间合金、58.39g Al-Zr中间合金和216.05g Al-Ti-B中间合金加入熔炼炉中，熔炼温度为900±10℃；待所有材料熔化之后，再保温2±0.5h ；将温度降到750±10℃后，加入126g Zn，保温15分钟，再加入24.6g Mg，保温10分钟，再加入50g六氯乙烷精炼剂，保温15分钟，最后浇铸成锭。
对铝合金铸锭进行均质化退火，工艺为450±10℃×24h；再进行固溶处理，工艺为450±10℃×2h+460±10℃×2h+470±10℃×2h，室温下水淬；最后进行时效处理，工艺为120±10℃×24h，即可获得一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金。
本实施例的铝合金在250℃下的热压缩应力峰值为320.41MPa，抗晶间腐蚀深度为156.89um，抗拉强度为725.49MPa。结合附图1可以看出合金的晶粒尺寸很细小，尺寸非常均匀，所以合金具有很高的耐高温强度、抗腐蚀性和很高的抗拉强度。
实施例2。
一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金，包括如下重量百分比的成分：Zn 8.50%、Mg 2.38%、Cu 0.84%、Zr0.186%、Ti 0.78%，其余为Al和不可避免的杂质元素。
本实施例中铝合金的制备方法和实施例1相同。
本实施例的铝合金250℃下的热压缩应力峰值为274.28MPa，抗晶间腐蚀深度为187.74um，抗拉强度为678.38MPa。结合附图3可以看出合金的晶粒尺寸比较细小，尺寸较均匀，所以合金具有较高的耐高温强度、抗腐蚀性和较高的抗拉强度。
实施例3。
一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa的Ti合金化铝合金，包括如下重量百分比的成分：Zn 8.52%、Mg2.42%、Cu 0.85%、Zr0.19%、Ti 0.50%，其余为Al和不可避免的杂质元素。
本实施例中铝合金的制备方法和实施例1相同。
本实施例的铝合金250℃下的热压缩应力峰值为275.3MPa，抗晶间腐蚀深度为189.74um，抗拉强度为690.48MPa。合金的晶粒尺寸比较细小，尺寸较均匀，所以合金具有较高的耐高温强度、抗腐蚀性和较高的抗拉强度。
对比例。
一种不含Ti的铝合金，包括如下重量百分比的成分：Zn 8.61%、Mg 2.43%、Cu0.83%、Zr 0.192%，其余为Al和不可避免的杂质元素。
本实施例中铝合金的制备方法和实施例1相同。
本实施例的铝合金250℃下的热压缩应力峰值为219.74MPa，抗晶间腐蚀深度为215.94um，抗拉强度为686.52MPa。结合附图5可以看出合金的晶粒尺寸比较大，尺寸分布不均匀，所以合金具有很低的耐高温强度、抗腐蚀性和较低的抗拉强度，如图6。
以上对本发明的具体实施例进行了描述，需要理解的是本发明并不局限于上述特地实施方式，本领域技术人员可以在权利要求范围做出变形和修改，这并不影响本发明的实质内容。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种耐热耐腐蚀的680MPa-730MPa强度的Ti合金化铝合金的制备方法，其特征是它依次包括：（1）熔铸，（2）均质化退火，（3）固溶处理，（4）时效；
所述的熔铸是将Al、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Ti-B中间合金加入熔炼炉中，熔炼温度为900±10℃；待所有材料熔化之后，再保温2±0.5h；将温度降到750±10℃后，加入Zn，保温15分钟，再加入Mg，保温10分钟，再加入六氯乙烷精炼剂，保温15分钟，除渣，最后浇铸成锭；
所述的均质化退火是450±10℃×24h；
所述的固溶处理是450±10℃×2h+460±10℃×2h+470±10℃×2h，水淬；
所述的时效是120±10℃×24h；
所得的耐热耐腐蚀的680MPa-730Mpa强度的Ti合金化铝合金主要由铝（Al）、锌（Zn）、镁（Mg）、铜（Cu）、锆（Zr）和钛（Ti）组成，其中，锌（Zn）的质量百分比为8.50-8.54%，镁（Mg）的质量百分比为2.38-2.45%，铜（Cu）的质量百分比为0.84-0.86%，锆（Zr）的质量百分比为0.186%-0.196，钛（Ti）的质量百分比为0.23-0.78%，其余为铝和不可避免的杂质元素；各组份之和为100%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的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%，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11%。
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