CN111440974B - 一种高强度铝合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度铝合金及其制造方法，属于有色金属材料技术领域。先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al‑6％Cr中间合金、Al‑10％V中间合金、Al‑4％Zr中间合金、Al‑15％Mn中间合金及Al‑10％Sc中间合金加入到坩埚中，升温至745‑756℃，加入AlTi4BA中间合金并搅拌6‑8分钟，然后加入C2Cl6进行精炼处理，加入多元合金线处理后浇注成铸锭，经锻造、固溶和时效处理后，获得强度高和塑韧性好的铝合金。

Description

一种高强度铝合金及其制造方法
技术领域
本发明为一种铝合金及其制造方法，特别涉及一种高强度铝合金及其制造方法，属于有色金属材料技术领域。
背景技术
高强度铸造铝合金由于具有强度高、密度低和价格相对低廉等特点，是航空、航天、国防和军工等部门使用的重要工程材料，在铝合金中，由于Cu在α固溶体内的溶解度较大，548℃共晶时约为5.65％，而且不存在Zn、Mg元素的不利影响，所以优质高强度铝合金是基于Al－Cu二元合金，并通过加Mn、Ti以及其它微量元素发展而成。目前常用的高强度铸造铝合金存在强度低、延伸率低和塑性差的不足，严重制约了我国相关产业的发展。中国发明专利CN85102202公开了一种高强度铸造铝合金，它是在我国铝合金ZL104的基础上，采用了加入微量碲或碲和锑或碲和锶的微合金化或复合微合金化的技术措施熔炼而成，其特点是铸造性能更好，熔炼工艺简便，合金液的吸气倾向大大减轻，因而使针孔度比不加碲的减轻了约两级，切削加工性能得到改善并获得了高的综合机械性能，该发明铝合金的抗拉强度比ZL104提高25％-35％，延伸率提高50％-100％。中国发明专利CN1556235公开了一种含稀土铈的铝铜镁银系高强度铸造耐热铝合金，该发明具体成分及其重量百分比为：Cu：4～8，Mg：0.4～1.0，Ag：0.3～1.0，Mn：0.3～0.6，Zr：0.0～0.30，Ce：0.05～0.50，余量为Al。该发明的方法与普通Al-Cu系铸铝合金制备方法相比，改善了铸造性能，大幅度地提高了高温机械性能，但含有价格昂贵的银，增加了铝合金生产成本。中国发明专利CN1530455还公开了一种超高强度高韧性铝合金材料及其制备方法，按重量百分比计，该合金成分为Zn10-11％，Mg2.7-3.0％，Cu1.7-2.0％，Zr0.1-0.2％，Ni0.1-0.2％，其余为Al。按合金成分配料，将原料熔化，浇铸成合金预制锭。在800℃将合金预制锭熔化，以惰性气体为雾化气体，进行快速凝固喷射成形制备，雾化压力为0.5-1.0MPa。该发明的高强高韧铝合金材料的合金成分均匀、显微组织均匀、组织细小、无偏析。该材经热挤压或热锻压变形加工，并经合理的热处理后材料的极限抗拉强度可达800MPa以上，同时材料的延伸率保持在8-11％。该发明铝合金尽管强度高，但存在制造设备和生产工艺复杂，以及生产效率低等不足。日本专利JP2005-278970和JP 2006-209149公开了高强度铝合金挤压材料及其制造方法，其目的是提供冲击吸收性、耐应力腐蚀开裂性和挤压性能优异且生产率高的铝合金挤压材料及其制造方法。该铝合金中添加了：Zn 6.0-7.2％，Mg 1.0-1.6％，Cu 0.1-0.4％，Mn、Cr和Zr中的至少一种元素，每种元素的添加量小于等于0.25质量％并且合计添加量为0.15-0.25％，Fe0.20％以下，Si 0.10％以下，余量基本上是铝；挤压材料的断面是中空形状，在挤压材料的横断面积中再结晶率小于等于20％并且0.2％屈服强度是370-450MPa。该发明铝合金尽管强度高，但工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是通过加入微量合金元素，提高铝合金固溶强化效果，并在铝合金中生成微细强化颗粒，进一步提高铝合金强度。另外，改变铝合金凝固过程，细化凝固组织，使铝合金保持高强度前提下，具有优异的塑韧性。具体工艺步骤如下：
①先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，石墨坩埚置于铝合金熔化炉内；先将坩埚预热到350-400℃，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al-6％Cr中间合金、Al-10％V中间合金、Al-4％Zr中间合金、Al-15％Mn中间合金及Al-10％Sc中间合金加入到坩埚中，熔化过程中，应保证炉料顺畅下降；升温至745-756℃，加入AlTi4BA中间合金并搅拌6-8分钟，将炉内合金熔液的化学组成及质量分数控制在8.63-8.80％Zn,2.14-2.28％Mg,2.23-2.29％Cu,0.17-0.28％Cr,0.68-0.77％Mn,0.14-0.25％V,0.25-0.34％Zr,0.19-0.26％Sc,0.14-0.20％Ti,0.028-0.047％B,余量为Al和不可避免的杂质元素；然后加入炉料总质量0.9-1.0％的C2Cl6精炼剂进行精炼处理，C2Cl6精炼剂用铝箔纸包装成单份质量≤250克，用钟罩将铝箔纸包装好的精炼剂分批压入铝合金熔液面下2/3处，然后连续均匀搅拌10-12分钟，并出炉到浇包内；
②铝合金熔液全部进入浇包后，用喂丝机将直径3.0-3.5mm的多元合金线送入到浇包内铝合金熔液中；多元合金线的化学组成及其质量分数是6.77-7.06％Sr,9.08-9.33％Y,4.50-4.84％N,12.18-12.65％K,6.61-6.74％Li,余量为Al和不可避免的杂质元素；多元合金线加入量占进入浇包内铝合金熔液质量分数的2.5-2.8％；多元合金线全部进入浇包5-10分钟后，当铝合金熔液温度为714-722℃时，浇入到金属铸型，金属铸型材料的化学组成及其质量分数是0.22-0.28％C,0.022-0.038％Mg,0.19-0.30％Si,1.25-1.33％Ni,0.66-0.74％Mn,0.22-0.28％Cr,0.69-0.75％Mo,0.02-0.04％V,0.03-0.06％Ce,0.02-0.04％Ca,0.02-0.05％Nb,<0.022％S,<0.028％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素；铸型预热温度为240-280℃；铝合金熔液全部进入铸型后，立即喷水冷却铸型，喷水时间180-240秒；铝合金全部凝固后开箱取出铸锭，并将铸锭清理打磨，去除浇冒口，然后重新入炉加热至495-505℃，保温2-3小时，进行热锻加工，锻造比4-5；
③步骤②中热锻加工后的铝合金重新加热至470-475℃，保温3-4小时后，出炉入水池冷却，水温47-52℃，当铝合金表面温度降至68-100℃时，继续入炉加热至135-140℃，保温10-12小时后空冷至室温，即可获得高强度铝合金。
本发明铝合金中，以Zn、Mg和Cu为主要合金元素，由于Zn和Al不能形成金属间化合物，并且常温下Zn在Al中的固溶度较小，故单独将Zn加入Al中对合金的强化作用有限，同时还使合金应力腐蚀倾向增强。本发明在加入Zn的基础上，加入适量的Mg，在合金中形成沉淀强化相MgZn2和Al2Mg3Zn3相。MgZn2和Al2Mg3Zn3在Al基体中具有较大的溶解度，具有较强的沉淀强化效果。因此加入了8.63-8.80％Zn和2.14-2.28％Mg。Cu能强化铝合金和提高疲劳性能，降低晶内和晶界的电位差，改变G.P.区的中间相转变温度，提高合金的耐腐蚀性能。Cu含量过多，会形成过量、粗大的Al2CuMg相，使铝合金性能恶化。因此Cu加入量控制在2.23-2.29％。
铝合金加入Cr、Ti、Zr、V、B等元素，这些元素形成弥散铝化物质点，产生弥散强化作用，这些质点一旦析出，很难继续溶解或聚集，有较大的弥散强化效果。此外弥散质点阻碍再结晶，使加工硬化效果最大限度保留。异相强化是由结晶时生成难溶结晶相产生强化，由于第二相质点硬、脆和较粗大，使合金塑性损失大。这些元素能显著细化晶粒、提高合金的再结晶温度，且利于A1中固溶体的分解产物在晶内的均匀分布，对防止应力腐蚀裂纹是有效的。Ti对铝合金主要起变质作用，使α-Al基体晶粒细化。加少量Ti可使铝液在较小过冷度下形成大量细小的非均质晶核，并由于过冷度较小，晶体生长速度较慢，从而使α-Al基体晶粒细化。但Ti加入量过多时，会起到相反的效果，TiAl3质点快速聚集长大，并从铝液中沉淀出来，起不到非均质形核核心的作用，反而会使晶粒变粗。因此将Ti加入量控制在0.14-0.20％。Cr在A1中常以CrAl7和CrAl13等金属间化合物的形式存在，这些金属化合物能够细化晶粒，阻止再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性，合适的Cr加入量为0.17-0.28％。
Mn元素加入铝合金主要是提高再结晶温度，抑制合金的再结晶，并显著细化再结晶晶粒。Mn固溶在基体中一般可提高再结晶温度20-100K，但合金的淬火敏感性会增加，同时Mn会形成Al20Cu2Mn3化合物，使合金中强化元素的有效含量相应减小，因此含量控制在0.68-0.77％。复合添加Sc和Zr元素时，Sc可以和Zr复合形成初生的Al3(Sc,Zr)粒子，这种初生的Al3(Sc,Zr)粒子在铝合金熔体凝固过程中起到形核核心的作用，从而显著细化合金的铸态晶粒，晶粒尺寸可细化到20-40nm。固溶的Sc在均匀化处理及随后的热变形过程中以共格二次Al3(Sc,Zr)粒子的形式析出，这种二次相粒子可以强烈钉扎变形组织，从而抑制再结晶，并阻止再结晶晶粒长大。Zr加入量控制在0.25-0.34％，Sc加入量控制在0.19-0.26％，效果最好。
本发明先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，石墨坩埚置于铝合金熔化炉内；先将坩埚预热到350-400℃，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al-6％Cr中间合金、Al-10％V中间合金、Al-4％Zr中间合金、Al-15％Mn中间合金及Al-10％Sc中间合金加入到坩埚中，熔化过程中，应保证炉料顺畅下降。选用石墨坩埚，并对坩埚预热到350-400℃，可以严防杂质元素进入铝合金熔液，提高铝合金性能。升温至745-756℃，加入AlTi4BA中间合金，由于该合金粘度大，精炼温度低，渣不易上浮，易产生夹渣，因此精炼温度提高为745-756℃，这样可以大大提高精炼效果，降低铸件夹渣缺陷。搅拌6-8分钟，将炉内合金熔液的化学组成及质量分数控制在8.63-8.80％Zn,2.14-2.28％Mg,2.23-2.29％Cu,0.17-0.28％Cr,0.68-0.77％Mn,0.14-0.25％V,0.25-0.34％Zr,0.19-0.26％Sc,0.11-0.18％Ti,0.07-0.13％B,余量为Al和不可避免的杂质元素。然后加入炉料总质量0.9-1.0％的C2Cl6精炼剂进行精炼处理，C2Cl6精炼剂用铝箔纸包装成单份质量≤250克，用钟罩将铝箔纸包装好的精炼剂分批压入铝合金熔液面下约2/3处，然后连续均匀搅拌10-12分钟，并出炉到浇包内。
本发明铝合金熔液全部进入浇包后，用喂丝机将直径3.0-3.5mm的多元合金线送入到浇包内铝合金熔液中；多元合金线的化学组成及其质量分数是6.77-7.06％Sr,9.08-9.33％Y,4.50-4.84％N,12.18-12.65％K,6.61-6.74％Li,余量为Al和不可避免的杂质元素；多元合金线加入量占进入浇包内铝合金熔液质量分数的2.5-2.8％。多元合金线中，含有6.77-7.06％Sr,9.08-9.33％Y,4.50-4.84％N,12.18-12.65％K,6.61-6.74％Li，可以进一步细化凝固组织，改善铝合金中夹杂物形态和分布，进一步提高铝合金强度和塑韧性。多元合金线全部进入浇包5-10分钟后，当铝合金熔液温度为714-722℃时，浇入到金属铸型。铸型预热温度为240-280℃；铝合金熔液全部进入铸型后，立即喷水冷却铸型，喷水时间180-240秒。铝合金凝固过程中，喷水是为了加快凝固过程，防止元素偏析，细化凝固组织。普通铸型如果喷水冷却，高温铸型在冷却水激冷作用下，极易出现疲劳裂纹，严重情况下产生爆炸事故，影响铝合金的正常浇注生产。因此本发明金属铸型材料的化学组成及其质量分数是0.22-0.28％C,0.022-0.038％Mg,0.19-0.30％Si,1.25-1.33％Ni,0.66-0.74％Mn,0.22-0.28％Cr,0.69-0.75％Mo,0.02-0.04％V,0.03-0.06％Ce,0.02-0.04％Ca,0.02-0.05％Nb,<0.022％S,<0.028％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素，具有优异的疲劳性能，可以确保喷水冷却工艺的进行。铝合金全部凝固后开箱取出铸锭，并将铸锭清理打磨，去除浇冒口，然后重新入炉加热至495-505℃，保温2-3小时，进行热锻加工，锻造比4-5，可以提高铝合金致密度，并进一步细化微观组织。热锻加工后的铝合金重新加热至470-475℃，保温3-4小时后，出炉入水池冷却，可以提高铝合金中合金元素固溶度，进一步提高铝合金强度。水池水温47-52℃，当铝合金表面温度降至68-100℃时，继续入炉加热至135-140℃，保温10-12小时后空冷至室温，即可获得高强度铝合金。
本发明与现有技术相比具有以下特点：
1)本发明铝合金不会产生偏析、疏松、夹渣、针孔等铸造缺陷，确保铝合金性能稳定；
2)本发明铝合金不含银、钴等稀贵金属元素，制造工艺简便，易于实现批量生产，成本低廉；
3)本发明铝合金具有优异的强韧性，抗拉强度大于1060MPa，延伸率大于10％，断裂韧性大于32MN/m3/2，在航空航天、高铁和汽车上具有良好的推广应用前景。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
一种高强度铝合金及其制造方法，其特征在于用铝合金熔化炉熔炼，具体工艺步骤如下：
①先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，石墨坩埚置于铝合金熔化炉内；先将坩埚预热到350℃，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al-6％Cr中间合金、Al-10％V中间合金、Al-4％Zr中间合金、Al-15％Mn中间合金及Al-10％Sc中间合金加入到坩埚中，熔化过程中，应保证炉料顺畅下降；升温至745℃，加入AlTi4BA中间合金并搅拌6分钟，将炉内合金熔液的化学组成及质量分数控制在8.63％Zn,2.28％Mg,2.23％Cu,0.28％Cr,0.68％Mn,0.25％V,0.25％Zr,0.26％Sc,0.14％Ti,0.028％B,余量为Al和不可避免的杂质元素；然后加入炉料总质量0.9％的C2Cl6精炼剂进行精炼处理，C2Cl6精炼剂用铝箔纸包装成单份质量≤250克，用钟罩将铝箔纸包装好的精炼剂分批压入铝合金熔液面下约2/3处，然后连续均匀搅拌10分钟，并出炉到浇包内；
②铝合金熔液全部进入浇包后，用喂丝机将直径3.0mm的多元合金线送入到浇包内铝合金熔液中；多元合金线的化学组成及其质量分数是6.77％Sr,9.33％Y,4.50％N,12.65％K,6.61％Li,余量为Al和不可避免的杂质元素；多元合金线加入量占进入浇包内铝合金熔液质量分数的2.5％；多元合金线全部进入浇包5分钟后，当铝合金熔液温度为722℃时，浇入到金属铸型，金属铸型材料的化学组成及其质量分数是0.22％C,0.038％Mg,0.19％Si,1.33％Ni,0.66％Mn,0.28％Cr,0.69％Mo,0.04％V,0.03％Ce,0.04％Ca,0.02％Nb,0.020％S,0.025％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素；铸型预热温度为240℃；铝合金熔液全部进入铸型后，立即喷水冷却铸型，喷水时间180秒；铝合金全部凝固后开箱取出铸锭，并将铸锭清理打磨，去除浇冒口，然后重新入炉加热至495℃，保温3小时，进行热锻加工，锻造比4；
③步骤②中热锻加工后的铝合金重新加热至470℃，保温4小时后，出炉入水池冷却，水温52℃，当铝合金表面温度降至68℃时，继续入炉加热至140℃，保温10小时后空冷至室温，即可获得高强度铝合金。具体力学性能见表1。
实施例2：
一种高强度铝合金及其制造方法，其特征在于用铝合金熔化炉熔炼，具体工艺步骤如下：
①先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，石墨坩埚置于铝合金熔化炉内；先将坩埚预热到400℃，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al-6％Cr中间合金、Al-10％V中间合金、Al-4％Zr中间合金、Al-15％Mn中间合金及Al-10％Sc中间合金加入到坩埚中，熔化过程中，应保证炉料顺畅下降；升温至756℃，加入AlTi4BA中间合金并搅拌8分钟，将炉内合金熔液的化学组成及质量分数控制在8.80％Zn,2.14％Mg,2.29％Cu,0.17％Cr,0.77％Mn,0.14％V,0.34％Zr,0.19％Sc,0.20％Ti,0.047％B,余量为Al和不可避免的杂质元素；然后加入炉料总质量1.0％的C2Cl6精炼剂进行精炼处理，C2Cl6精炼剂用铝箔纸包装成单份质量≤250克，用钟罩将铝箔纸包装好的精炼剂分批压入铝合金熔液面下约2/3处，然后连续均匀搅拌12分钟，并出炉到浇包内；
②铝合金熔液全部进入浇包后，用喂丝机将直径3.5mm的多元合金线送入到浇包内铝合金熔液中；多元合金线的化学组成及其质量分数是7.06％Sr,9.08％Y,4.84％N,12.18％K,6.74％Li,余量为Al和不可避免的杂质元素；多元合金线加入量占进入浇包内铝合金熔液质量分数的2.8％；多元合金线全部进入浇包10分钟后，当铝合金熔液温度为714℃时，浇入到金属铸型，金属铸型材料的化学组成及其质量分数是0.28％C,0.022％Mg,0.30％Si,1.25％Ni,0.74％Mn,0.22％Cr,0.75％Mo,0.02％V,0.06％Ce,0.02％Ca,0.05％Nb,0.014％S,0.023％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素；铸型预热温度为280℃；铝合金熔液全部进入铸型后，立即喷水冷却铸型，喷水时间240秒；铝合金全部凝固后开箱取出铸锭，并将铸锭清理打磨，去除浇冒口，然后重新入炉加热至505℃，保温2小时，进行热锻加工，锻造比5；
③步骤②中热锻加工后的铝合金重新加热至475℃，保温3小时后，出炉入水池冷却，水温47℃，当铝合金表面温度降至100℃时，继续入炉加热至135℃，保温12小时后空冷至室温，即可获得高强度铝合金。具体力学性能见表1。
实施例3：
一种高强度铝合金及其制造方法，其特征在于用铝合金熔化炉熔炼，具体工艺步骤如下：
①先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，石墨坩埚置于铝合金熔化炉内；先将坩埚预热到380℃，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al-6％Cr中间合金、Al-10％V中间合金、Al-4％Zr中间合金、Al-15％Mn中间合金及Al-10％Sc中间合金加入到坩埚中，熔化过程中，应保证炉料顺畅下降；升温至752℃，加入AlTi4BA中间合金并搅拌7分钟，将炉内合金熔液的化学组成及质量分数控制在8.74％Zn,2.19％Mg,2.26％Cu,0.23％Cr,0.69％Mn,0.18％V,0.29％Zr,0.23％Sc,0.17％Ti,0.037％B,余量为Al和不可避免的杂质元素；然后加入炉料总质量0.95％的C2Cl6精炼剂进行精炼处理，C2Cl6精炼剂用铝箔纸包装成单份质量≤250克，用钟罩将铝箔纸包装好的精炼剂分批压入铝合金熔液面下约2/3处，然后连续均匀搅拌11分钟，并出炉到浇包内；
②铝合金熔液全部进入浇包后，用喂丝机将直径-3.5mm的多元合金线送入到浇包内铝合金熔液中；多元合金线的化学组成及其质量分数是6.91％Sr,9.25％Y,4.77％N,12.57％K,6.69％Li,余量为Al和不可避免的杂质元素；多元合金线加入量占进入浇包内铝合金熔液质量分数的2.6％；多元合金线全部进入浇包8分钟后，当铝合金熔液温度为719℃时，浇入到金属铸型，金属铸型材料的化学组成及其质量分数是0.25％C,0.029％Mg,0.25％Si,1.28％Ni,0.69％Mn,0.24％Cr,0.74％Mo,0.03％V,0.05％Ce,0.04％Ca,0.03％Nb,0.018％S,0.023％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素；铸型预热温度为260℃；铝合金熔液全部进入铸型后，立即喷水冷却铸型，喷水时间210秒；铝合金全部凝固后开箱取出铸锭，并将铸锭清理打磨，去除浇冒口，然后重新入炉加热至500℃，保温3小时，进行热锻加工，锻造比5；
③步骤②中热锻加工后的铝合金重新加热至470℃，保温3.5小时后，出炉入水池冷却，水温49℃，当铝合金表面温度降至83℃时，继续入炉加热至138℃，保温11小时后空冷至室温，即可获得高强度铝合金。具体力学性能见表1。
表1高强度铝合金力学性能
Figure BDA0002470828420000091
本发明铝合金产品中不会产生偏析、疏松、夹渣、针孔等铸造缺陷，确保铝合金性能稳定；本发明铝合金不含银、钴等稀贵金属元素，制造工艺简便，成本低廉；本发明铝合金具有优异的强韧性，抗拉强度大于1060MPa，延伸率大于10％，断裂韧性大于32MN/m3/2。此外，本发明铝合金还有优异的耐蚀性和焊接性能，在航空航天、高铁和汽车上具有良好的推广应用前景。

Claims (2)

1.一种高强度铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①先用铝合金熔化炉熔炼铝合金熔液，铝合金熔炼使用石墨坩埚，石墨坩埚置于铝合金熔化炉内；先将坩埚预热到350-400℃，然后将铝锭、锌锭、镁锭和AlCu50A中间合金、Al-6％Cr中间合金、Al-10％V中间合金、Al-4％Zr中间合金、Al-15％Mn中间合金及Al-10％Sc中间合金加入到坩埚中，熔化过程中，应保证炉料顺畅下降；升温至745-756℃，加入AlTi4BA中间合金并搅拌6-8分钟，将炉内合金熔液的化学组成及质量百分数控制在8.63-8.80％Zn,2.14-2.28％Mg,2.23-2.29％Cu,0.17-0.28％Cr,0.68-0.77％Mn,0.14-0.25％V,0.25-0.34％Zr,0.19-0.26％Sc,0.14-0.20％Ti,0.028-0.047％B,余量为Al和不可避免的杂质元素；然后加入炉料总质量0.9-1.0％的C2Cl6精炼剂进行精炼处理，C2Cl6精炼剂用铝箔纸包装成单份质量≤250克，用钟罩将铝箔纸包装好的精炼剂分批压入铝合金熔液面下2/3处，然后连续均匀搅拌10-12分钟，并出炉到浇包内；
②铝合金熔液全部进入浇包后，用喂丝机将直径3.0-3.5mm的多元合金线送入到浇包内铝合金熔液中；多元合金线的化学组成及其质量百分数是6.77-7.06％Sr,9.08-9.33％Y,4.50-4.84％N,12.18-12.65％K,6.61-6.74％Li,余量为Al和不可避免的杂质元素；多元合金线加入量占进入浇包内铝合金熔液总质量的2.5-2.8％；多元合金线全部进入浇包5-10分钟后，当铝合金熔液温度为714-722℃时，浇入到金属铸型，金属铸型材料的化学组成及其质量百分数是0.22-0.28％C,0.022-0.038％Mg,0.19-0.30％Si,1.25-1.33％Ni,0.66-0.74％Mn,0.22-0.28％Cr,0.69-0.75％Mo,0.02-0.04％V,0.03-0.06％Ce,0.02-0.04％Ca,0.02-0.05％Nb,<0.022％S,<0.028％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素；铸型预热温度为240-280℃；铝合金熔液全部进入铸型后，立即喷水冷却铸型，喷水时间180-240秒；铝合金全部凝固后开箱取出铸锭，并将铸锭清理打磨，去除浇冒口，然后重新入炉加热至495-505℃，保温2-3小时，进行热锻加工，锻造比4-5；
③步骤②中热锻加工后的铝合金重新加热至470-475℃，保温3-4小时后，出炉入水池冷却，水温47-52℃，当铝合金表面温度降至68-100℃时，继续入炉加热至135-140℃，保温10-12小时后空冷至室温，即可获得高强度铝合金。
2.按照权利要求1所述的方法制备得到的高强度铝合金。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553549B (zh) * 2020-12-03 2021-09-24 广东领胜新材料科技有限公司 一种大直径易切削铝合金铸棒的均匀化处理方法
CN114672701B (zh) * 2022-04-19 2023-05-09 上海交通大学包头材料研究院 一种高强度多元共晶铸造铝合金及其制备方法
CN116162824B (zh) * 2023-03-07 2024-04-12 保定奥琦圣新型金属材料制造有限公司 一种含Mo、Cr的锌铝镁合金及其生产方法
CN115961184B (zh) * 2023-03-16 2023-05-16 湖南星盛新材料科技有限公司 一种纳米颗粒增强铝合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2820438A1 (fr) * 2001-02-07 2002-08-09 Pechiney Rhenalu Procede de fabrication d'un produit corroye a haute resistance en alliage alznmagcu
CN103255327A (zh) * 2013-04-27 2013-08-21 北京工业大学 一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金及制备工艺
CN104561704A (zh) * 2015-02-09 2015-04-29 辽宁忠旺集团有限公司 大尺寸7055铝合金圆铸锭生产工艺
CN109136691A (zh) * 2018-11-20 2019-01-04 中南大学 一种超强高韧高延伸率7xxx系铝合金及其制备工艺
CN110484791A (zh) * 2019-08-16 2019-11-22 西安铝轻新材料科技有限公司 一种客车车架用高强高韧铝合金及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7214281B2 (en) * 2002-09-21 2007-05-08 Universal Alloy Corporation Aluminum-zinc-magnesium-copper alloy extrusion
WO2011155609A1 (ja) * 2010-06-11 2011-12-15 昭和電工株式会社 Ａｌ合金接合体の製造方法
CN101935790A (zh) * 2010-10-19 2011-01-05 上海友升铝业有限公司 高强度的适用于摩托车轮辋的铝合金材料

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2820438A1 (fr) * 2001-02-07 2002-08-09 Pechiney Rhenalu Procede de fabrication d'un produit corroye a haute resistance en alliage alznmagcu
CN103255327A (zh) * 2013-04-27 2013-08-21 北京工业大学 一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er合金及制备工艺
CN104561704A (zh) * 2015-02-09 2015-04-29 辽宁忠旺集团有限公司 大尺寸7055铝合金圆铸锭生产工艺
CN109136691A (zh) * 2018-11-20 2019-01-04 中南大学 一种超强高韧高延伸率7xxx系铝合金及其制备工艺
CN110484791A (zh) * 2019-08-16 2019-11-22 西安铝轻新材料科技有限公司 一种客车车架用高强高韧铝合金及其制备方法

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