CN112795826A - 一种7b04-t7451铝合金板材及其制备方法 - Google Patents

一种7b04-t7451铝合金板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种7B04‑T7451铝合金板材及其制备方法，涉及板材制造技术领域。本发明的目的是要解决目前我国7B04合金T7451状态板材生产技术处于空白的问题。方法：将铝合金铸锭进行表面处理，锯切后置于加热装置内，加热并保温，得到保温后的铝合金长板；将保温后的铝合金铸锭进行轧制，得到轧制后的铝合金长板；将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切，然后进行固溶淬火，固溶淬火后进行矫直和拉伸，再进行时效处理，最后进行锯切，得到7B04‑T7451铝合金板材。本发明可获得一种7B04‑T7451铝合金板材及其制备方法。

Description

一种7B04-T7451铝合金板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及板材制造技术领域，具体涉及一种7B04-T7451铝合金板材及其制备方法。
背景技术
7XXX系列铝合金具有较高的比强度、良好的热加工性能以及较高的耐腐蚀性和韧性等特点，广泛用于航空航天、交通运输和桥梁建筑等重要工业领域。在航天器的制造中，7XXX系列铝合金主要用于制造蒙皮、翼肋和起落架以及螺旋桨叶等重要零件，7B04铝合金作为一种较早广泛应用的超硬铝合金。目前，国内市场上销售7B04合金厚规格板材的供货状态主要为T651状态，国内还不具备成熟的7B04-T7451状态的铝合金板材的制造工艺。
因此，为弥补市场空缺，丰富我国可生产铝合金的产品数量，生产出符合11-CL-029B标准要求的7B04-T7451状态的铝合金板材，填补我国生产7B04合金T7451状态板材(以下简称“7B04-T7451”合金板材)的技术空白，成为目前技术研究人员的首要任务。
发明内容
本发明的目的是要解决目前我国7B04合金T7451状态板材生产技术处于空白的问题，而提供一种7B04-T7451铝合金板材及其制备方法。
一种7B04-T7451铝合金板材，含有的元素及质量分数：Zn为5.0％～6.5％、Mg为1.8％～2.8％、Cu为1.4％～2.0％、Mn为0.2％～0.6％、Cr为0.1％～0.25％、Fe为0.05％～0.25％、Si≤0.1％、Ni≤0.1％和Ti≤0.05％，余量为Al。
一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，按以下步骤完成：
一、按质量分数：Zn为5.0％～6.5％、Mg为1.8％～2.8％、Cu为1.4％～2.0％、Mn为0.2％～0.6％、Cr为0.1％～0.25％、Fe为0.05％～0.25％、Si≤0.1％、Ni≤0.1％、Ti≤0.05％和余量为Al称取铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭；
二、将称取的铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭置于加热装置内，在700℃～750℃的温度条件下熔炼5h～7h，得到铝合金熔液；将铝合金熔液在铸造温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min、液位高度为60mm～70mm和冷却水流量为95t/h～105t/h的条件下，采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造，得到铝合金铸锭；
三、将铝合金铸锭进行表面处理，然后进行锯切，锯切后置于加热装置内，加热至480℃～520℃，并在480℃～520℃下保温4h～6h，再在400℃～440℃下保温3h～4h，得到保温后的铝合金长板；将保温后的铝合金铸锭在370℃～410℃的温度条件下、以1.2m/s～2.0m/s的速度进行轧制，得到轧制后的铝合金长板；将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切，然后进行固溶淬火，固溶淬火后进行矫直和拉伸，再进行时效处理，最后进行锯切，得到7B04-T7451铝合金板材。
本发明的有益效果：
本发明一种7B04-T7451铝合金板材及其制备方法，将合金中各种元素及各自的质量分数进行合理化调配、均衡，7B04合金为热处理可强化合金，其中起主要强化作用的元素为锌、镁和铜，另外铜还有一个作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。在铝中同时加入锌和镁，它们共存时会形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相，η相和T相在铝中溶解度很大，且随着温度升降剧烈变化，MgZn2在共晶温度下的溶解度达28％，在室温下降低到4％～5％，有很强的时效强化效果，会对合金产生明显的强化作用。本发明中优化锌和镁的比例，有助于提高合金的抗拉强度和增大应力腐蚀开裂抗力，在超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。当Zn/Mg比大于2.2，且铜含量大于镁时，铜与其他元素能产生强化相S(CuMgAl2)，从而提高合金的强度，同时铜能降低晶界与晶内电位差，还可以改变沉淀相结构和细化晶界沉淀相，抑制沿晶界开裂的趋势，从而改善合金的抗应力腐蚀性能。铜还能提高合金过饱和程度，加速合金在100～200℃之间人工时效过程，扩大GP区的稳定温度范围，提高抗拉强度、塑性以及疲劳强度。本发明合金中还含有少量的锰和铬等微量元素，添加少量的锰和铬等元素对合金的组织和性能有明显的有利影响，这些元素可在铸锭均匀化退火时产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迁移，从而提高了再结晶温度，有效地阻止了晶粒的长大，可细化晶粒，并保证组织在热加工及热处理后保持未再结晶或部分再结晶状态，使强度提高的同时，还具有较好的抗应力腐蚀性能。
本发明对合金板材制备过程中的熔炼、铸造、固溶淬火和时效处理等工艺进行优化处理，熔炼阶段与铸造阶段为了减轻铸锭氧化夹渣氧化膜缺陷的产生，优化配料中各合金组分，控制Si≤0.1％，熔炼时Cu补至1.55％以上，Mg补至2.55％，Zn补至6.0％，保温炉加0.005％的Ti；铸造速度控制在40～50mm/min，水流量控制在95～105t/h；固溶淬火和时效处理阶段，固溶淬火工艺：各区定温470℃，随板材厚度的不同，加热20～80min，保温30～120min后采用温度＜40℃的去离子水进行淬火。优化时效工艺采用双级时效：各区定温115℃，测金属温度低点达110℃时，开始保持8h；改定温170℃，测金属温度高点达145℃时，改定温165℃，测金属温度低点达160℃时开始保持15h，要求金属温度115℃±5℃/8h+165℃±5℃/15h。最终所制得的7B04-T7451铝合金板材，与11-CL-029B标准中7B04-T7451合金的性能值进行比较，其抗拉强度满足标准要求范围495MPa～555MPa，屈服强度满足标准要求范围425MPa～495MPa，延伸率超出标准的4％～6％，其它各项指标也完全符合标准要求，并且经矫直及拉伸工序后，所制得铝合金板材的平整度也符合标准要求，可以应用到实际生产中。同时，本发明所制得的7B04-T7451铝合金板材填补了我国GB/T 3880.1-2012标准中7B04-T7451合金状态的空白。
本发明可获得一种7B04-T7451铝合金板材及其制备方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种7B04-T7451铝合金板材，含有的元素及质量分数：Zn为5.0％～6.5％、Mg为1.8％～2.8％、Cu为1.4％～2.0％、Mn为0.2％～0.6％、Cr为0.1％～0.25％、Fe为0.05％～0.25％、Si≤0.1％、Ni≤0.1％和Ti≤0.05％，余量为Al。
杂质合金单个元素含量≤0.05％，杂质合金合计元素含量≤0.15％。
具体实施方式二：本实施方式一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，按以下步骤完成：
一、按质量分数：Zn为5.0％～6.5％、Mg为1.8％～2.8％、Cu为1.4％～2.0％、Mn为0.2％～0.6％、Cr为0.1％～0.25％、Fe为0.05％～0.25％、Si≤0.1％、Ni≤0.1％、Ti≤0.05％和余量为Al称取铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭；
二、将称取的铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭置于加热装置内，在700℃～750℃的温度条件下熔炼5h～7h，得到铝合金熔液；将铝合金熔液在铸造温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min、液位高度为60mm～70mm和冷却水流量为95t/h～105t/h的条件下，采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造，得到铝合金铸锭；
熔炼要求：尽量减少熔炼时间，准确控制化学成分，尽可能避免熔炼烧损，采用合适的熔炼方法，以获取化学成分符合要求且纯度较高的熔体。
三、将铝合金铸锭进行表面处理，然后进行锯切，锯切后置于加热装置内，加热至480℃～520℃，并在480℃～520℃下保温4h～6h，再在400℃～440℃下保温3h～4h，得到保温后的铝合金长板；将保温后的铝合金铸锭在370℃～410℃的温度条件下、以1.2m/s～2.0m/s的速度进行轧制，得到轧制后的铝合金长板；将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切，然后进行固溶淬火，固溶淬火后进行矫直和拉伸，再进行时效处理，最后进行锯切，得到7B04-T7451铝合金板材。
本实施方式的有益效果：
本实施方式一种7B04-T7451铝合金板材及其制备方法，将合金中各种元素及各自的质量分数进行合理化调配、均衡，7B04合金为热处理可强化合金，其中起主要强化作用的元素为锌、镁和铜，另外铜还有一个作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。在铝中同时加入锌和镁，它们共存时会形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相，η相和T相在铝中溶解度很大，且随着温度升降剧烈变化，MgZn2在共晶温度下的溶解度达28％，在室温下降低到4％～5％，有很强的时效强化效果，会对合金产生明显的强化作用。本实施方式中优化锌和镁的比例，有助于提高合金的抗拉强度和增大应力腐蚀开裂抗力，在超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。当Zn/Mg比大于2.2，且铜含量大于镁时，铜与其他元素能产生强化相S(CuMgAl2)，从而提高合金的强度，同时铜能降低晶界与晶内电位差，还可以改变沉淀相结构和细化晶界沉淀相，抑制沿晶界开裂的趋势，从而改善合金的抗应力腐蚀性能。铜还能提高合金过饱和程度，加速合金在100～200℃之间人工时效过程，扩大GP区的稳定温度范围，提高抗拉强度、塑性以及疲劳强度。本实施方式合金中还含有少量的锰和铬等微量元素，添加少量的锰和铬等元素对合金的组织和性能有明显的有利影响，这些元素可在铸锭均匀化退火时产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迁移，从而提高了再结晶温度，有效地阻止了晶粒的长大，可细化晶粒，并保证组织在热加工及热处理后保持未再结晶或部分再结晶状态，使强度提高的同时，还具有较好的抗应力腐蚀性能。
本实施方式对合金板材制备过程中的熔炼、铸造、固溶淬火和时效处理等工艺进行优化处理，熔炼阶段与铸造阶段为了减轻铸锭氧化夹渣氧化膜缺陷的产生，优化配料中各合金组分，控制Si≤0.1％，熔炼时Cu补至1.55％以上，Mg补至2.55％，Zn补至6.0％，保温炉加0.005％的Ti；铸造速度控制在40～50mm/min，水流量控制在95～105t/h；固溶淬火和时效处理阶段，固溶淬火工艺：各区定温470℃，随板材厚度的不同，加热20～80min，保温30～120min后采用温度＜40℃的去离子水进行淬火。优化时效工艺采用双级时效：各区定温115℃，测金属温度低点达110℃时，开始保持8h；改定温170℃，测金属温度高点达145℃时，改定温165℃，测金属温度低点达160℃时开始保持15h，要求金属温度115℃±5℃/8h+165℃±5℃/15h。最终所制得的7B04-T7451铝合金板材，与11-CL-029B标准中7B04-T7451合金的性能值进行比较，其抗拉强度满足标准要求范围495MPa～555MPa，屈服强度满足标准要求范围425MPa～495MPa，延伸率超出标准的4％～6％，其它各项指标也完全符合标准要求，并且经矫直及拉伸工序后，所制得铝合金板材的平整度也符合标准要求，可以应用到实际生产中。同时，本实施方式所制得的7B04-T7451铝合金板材填补了我国GB/T 3880.1-2012标准中7B04-T7451合金状态的空白。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同点是：步骤二中所述的加热装置为反射炉或中频感应炉。
其他步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同点是：步骤二中采用半连续水冷铸造法所使用的结晶器的宽度为1620mm，厚度为520mm；采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造时，冷却水的温度≤24℃、硬度＜8dH、pH值为7～8，冷却水中的悬浮物＜10mg/L、固体颗粒度＜1.5mm。
其他步骤与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同点是：步骤三中所述表面处理的步骤：将铝合金铸锭的表面进行铣削，铣面量为5mm～40mm。
其他步骤与具体实施方式二至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同点是：步骤三中所述的加热装置为推进式加热炉或台车式加热炉。
其他步骤与具体实施方式二至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同点是：步骤三中采用轧机重剪或轧机轻剪将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切。
其他步骤与具体实施方式二至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同点是：步骤三中所述的固溶淬火的步骤：将长度定尺剪切后的铝合金长板在20min～80min内加热至470℃，并在470℃下保温30min～120min，保温结束后进行淬火处理，淬火转移时间为15s～40s。
其他步骤与具体实施方式二至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同点是：步骤三中所述拉伸的拉伸量为2.2％～2.6％。
其他步骤与具体实施方式二至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同点是：步骤三中所述的时效处理的步骤：将矫直和拉伸后的铝合金长板置于时效炉内，加热至110℃～120℃，并在110℃～120℃下保温8h，再升温至160℃～170℃，在160℃～170℃下继续保温15h，完成时效处理。
其他步骤与具体实施方式二至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，按以下步骤完成：
一、按质量分数：Zn为6.0％、Mg为2.55％、Cu为1.55％、Mn为0.4％、Cr为0.15％、Fe为0.15％、Si<0.06％、Ni≤0.1％、Ti≤0.05％和余量为Al称取铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭；
二、将称取的铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭置于中频感应炉内，在725℃的温度条件下熔炼6h，得到铝合金熔液；将铝合金熔液在铸造温度为720℃、铸造速度为45mm/min、液位高度为65mm和冷却水流量为100t/h的条件下，采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造，得到铝合金铸锭；采用半连续水冷铸造法所使用的结晶器的宽度为1620mm，厚度为520mm；采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造时，冷却水的温度≤24℃、硬度＜8dH、pH值为7～8，冷却水中的悬浮物＜10mg/L、固体颗粒度＜1.5mm。
三、将铝合金铸锭的表面进行铣削，将铸锭表面全部铣削一层，铣面量为5mm～30mm，最大铣面量不超过40mm。然后将铣削好的铸锭按一定尺寸进行锯切，锯切后置于推进式加热炉内，加热至500℃，并在500℃下保温5h，再在420℃下保温4h，得到保温后的铝合金长板，铝合金长板的出炉温度为390℃；将保温后的铝合金铸锭在390℃的温度条件下、以1.6m/s的速度进行轧制，轧制道次根据成品板材的厚度进行预设计，得到轧制后的铝合金长板；采用轧机重剪将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切，控制长度剪切误差≤100mm。然后将长度定尺剪切后的铝合金长板放入辊底式淬火炉中，在50min内加热至470℃，并在470℃下保温75min，保温结束后进行淬火处理，淬火转移时间为30s。固溶淬火后进行一次矫直处理和拉伸，拉伸量为2.4％，再将矫直和拉伸后的铝合金长板置于时效炉内，加热至115℃，并在115℃下保温8h，再升温至165℃，在165℃下继续保温15h，完成时效处理。最后进行精密锯切，得到厚度为20mm～60mm的7B04-T7451铝合金板材。
本实施例所制得的7B04-T7451铝合金板材，与11-CL-029B标准中7B04-T7451合金的性能值进行比较，其抗拉强度满足标准要求范围495MPa～555MPa，屈服强度满足标准要求范围425MPa～495MPa，延伸率超出标准的4％～6％，其它各项指标也完全符合标准要求，并且经矫直及拉伸工序后，所制得铝合金板材的平整度也符合标准要求，可以应用到实际生产中。同时，本实施例所制得的7B04-T7451铝合金板材填补了我国GB/T3880.1-2012标准中7B04-T7451合金状态的空白。

Claims (10)

1.一种7B04-T7451铝合金板材，其特征在于它含有的元素及质量分数：Zn为5.0％～6.5％、Mg为1.8％～2.8％、Cu为1.4％～2.0％、Mn为0.2％～0.6％、Cr为0.1％～0.25％、Fe为0.05％～0.25％、Si≤0.1％、Ni≤0.1％和Ti≤0.05％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤完成：
一、按质量分数：Zn为5.0％～6.5％、Mg为1.8％～2.8％、Cu为1.4％～2.0％、Mn为0.2％～0.6％、Cr为0.1％～0.25％、Fe为0.05％～0.25％、Si≤0.1％、Ni≤0.1％、Ti≤0.05％和余量为Al称取铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭；
二、将称取的铝锌中间合金、纯镁锭、电解铜、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭置于加热装置内，在700℃～750℃的温度条件下熔炼5h～7h，得到铝合金熔液；将铝合金熔液在铸造温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min、液位高度为60mm～70mm和冷却水流量为95t/h～105t/h的条件下，采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造，得到铝合金铸锭；
三、将铝合金铸锭进行表面处理，然后进行锯切，锯切后置于加热装置内，加热至480℃～520℃，并在480℃～520℃下保温4h～6h，再在400℃～440℃下保温3h～4h，得到保温后的铝合金长板；将保温后的铝合金铸锭在370℃～410℃的温度条件下、以1.2m/s～2.0m/s的速度进行轧制，得到轧制后的铝合金长板；将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切，然后进行固溶淬火，固溶淬火后进行矫直和拉伸，再进行时效处理，最后进行锯切，得到7B04-T7451铝合金板材。
3.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤二中所述的加热装置为反射炉或中频感应炉。
4.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤二中采用半连续水冷铸造法所使用的结晶器的宽度为1620mm，厚度为520mm；采用半连续水冷铸造法将铝合金熔液进行铸造时，冷却水的温度≤24℃、硬度＜8dH、pH值为7～8，冷却水中的悬浮物＜10mg/L、固体颗粒度＜1.5mm。
5.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中所述表面处理的步骤：将铝合金铸锭的表面进行铣削，铣面量为5mm～40mm。
6.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中所述的加热装置为推进式加热炉或台车式加热炉。
7.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中采用轧机重剪或轧机轻剪将轧制后的铝合金长板进行长度定尺剪切。
8.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中所述的固溶淬火的步骤：将长度定尺剪切后的铝合金长板在20min～80min内加热至470℃，并在470℃下保温30min～120min，保温结束后进行淬火处理，淬火转移时间为15s～40s。
9.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中所述拉伸的拉伸量为2.2％～2.6％。
10.根据权利要求2所述的一种7B04-T7451铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中所述的时效处理的步骤：将矫直和拉伸后的铝合金长板置于时效炉内，加热至110℃～120℃，并在110℃～120℃下保温8h，再升温至160℃～170℃，在160℃～170℃下继续保温15h，完成时效处理。
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