CN113373356B - 一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Re铝合金制备方法，它涉及一种含稀土元素的高强‑耐腐蚀铝合金材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有铝合金材料存在的高强与耐蚀性能不匹配的问题。一种含稀土元素的高强‑耐腐蚀新型Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Re铝合金由由Zn、Mg、Cu、Zr、Ti、Al及稀土元素La、Ce制成。制备方法：一、配料；二、铸造得到含稀土Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Re铝合金铸锭；三、均匀化处理；四、轧制得到合金板材；五、固溶处理；六、预拉伸；七、时效处理。优点：具备高强、耐腐蚀性能。本发明主要用于制备一种高强‑耐腐蚀的Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Re铝合金。

Description

一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其涉及含稀土元素的高强-耐腐蚀 Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金的制备方法。
背景技术
含稀土的高强铝合金在轨道交通、航空、航天等领域有部分应用，相比于传统高强铝合金，细化晶粒，提高了强度和耐腐蚀性等性能，但现技术不是很成熟，仍需进行研究及其应用广泛推广。
发明内容
本发明的目的是要解决高强铝合金板材存在强度与耐蚀性能不匹配的问题，而提供一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金，该Al-Zn-Mg-Cu-Re系铝合金板材由Zn、Mg、Cu、Zr、Ti、Al及稀土元素La、Ce制成，其中Zn的质量分数为5.5％～6.5％，Mg的质量分数为 2.0％～3.2％，Cu的质量分数1.0％～1.8％，Zr的质量分数为0.08％～0.15％，Ce的质量分数为0.05％～0.03％，La的质量分数为0.05％～0.3％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％， Mn的质量分数＜0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。
所述Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金中Zn的质量分数为6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数为1.4％，Zr的质量分数为0.11％，La的质量分数为0.05％，Ce的质量分数为0.05％， Fe的质量分数<0.15％，Si的质量分数<0.1％，Ti的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为＜0.05％， Cr的质量分数为＜0.04％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。
一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金的制备方法，按下步骤完成的：
一、配料：按照Zn的质量分数为5.5％～6.5％，Mg的质量分数为2.0％～3.2％，Cu的质量分数1.0％～1.8％，Zr的质量分数为0.08％～0.15％，Ce的质量分数为0.05％～0.03％，La的质量分数为0.05％～0.3％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜ 0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu(40％) 中间合金、Al-Zr(5％)中间合金、Al-La(20％)中间合金、纯Ce和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金在750℃下熔化后，再加入Al-La(20％)中间合金、纯Ce、铝钛硼细化剂及2#覆盖剂，第一次搅拌静置15min后，再分别进行第二次和第三次搅拌、静置，待温度在700℃～720℃下进行除渣、铸造，得到含稀土元素La、Ce的新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭；所述 Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的厚度为50mm的小规格方铸锭；
三、均匀化：针对步骤二所得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金方铸锭进行均匀化处理，出炉空冷至室温，然后将均匀化铸锭铣面至表面无明显缺陷为止，获得均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块进行轧前加热处理，金属温度为380℃～420℃下开始轧制，轧制成厚度为8mm的合金板材；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材进行切边处理后，再加热保温一定时间后出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、预拉伸：将步骤五得到的固溶合金板材进行模拟工业化拉伸处理，预拉伸量为1.8％～2.4％，得到板型良好的合金板材；
七、时效：将步骤六得到的拉伸合金板材进行人工时效处理，得到含稀土元素La、Ce 的高强-耐腐蚀Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材。
步骤一按照Zn的质量分数为6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数为1.4％， Zr的质量分数为0.11％，La的质量分数为0.05％，Ce的质量分数为0.05％，Fe的质量分数<0.15％，Si的质量分数<0.1％，Ti的质量分数<0.1％，Mn的质量分数为＜0.05％，Cr的质量分数为＜0.04％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu(40％)中间合金、Al-Zr(5％)中间合金、Al-La (20％)中间合金、纯Ce和铝钛硼晶粒细化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金与不添加稀土元素合金相比，添加La、Ce元素起到细化晶粒、抑制再结晶及固溶强化等作用，在提高板材强度的同时，具备良好的耐腐蚀性能。二、本发明一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金在降低Cu元素含量，添加La、Ce元素以达到提高强度和耐腐蚀性能的效果。三、本发明制备的一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金的抗拉强度580MPa～584MPa，屈服强度为522MPa～525MPa，延伸率为13.4％～14.6％，耐剥落腐蚀到达EA级。
附图说明
图1为实施例1步骤二得到的含稀土Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的微观组织照片；
图2为实施例1步骤三得到的合金均匀化铸锭的微观组织照片；
图3为实施例1步骤七得到的含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材扫描图像；
图4为实施例1步骤七得到的得到的含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材透射图像。
图5为实施例1步骤七得到的合金板材时效态金相组织照片；
图6为实施例1步骤七得到的合金板材时效态透射组织照片。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
具体实施方式一：本实施方式是一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金制备，它由Zn、Mg、Cu、Zr、Ti、Al及稀土元素La、Ce制成，所述的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金中Zn的质量分数为5.5％～6.5％，Mg的质量分数为2.0％～3.2％， Cu的质量分数1.0％～1.8％，Zr的质量分数为0.08％～0.15％，Ce的质量分数为0.05％～0.03％， La的质量分数为0.05％～0.3％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。
具体实施方式二：本实施方式是一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Zn的质量分数为5.5％～6.5％，Mg的质量分数为2.0％～3.2％，Cu的质量分数1.0％～1.8％，Zr的质量分数为0.08％～0.15％，Ce的质量分数为0.05％～0.03％，La的质量分数为0.05％～0.3％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜ 0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu(40％) 中间合金、Al-Zr(5％)中间合金、Al-La(20％)中间合金、纯Ce和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金在750℃下熔化后，再加入Al-La(20％)中间合金、纯Ce、铝钛硼细化剂及2#覆盖剂，第一次搅拌静置15min后，再分别进行第二次和第三次搅拌、静置，待温度在700℃～720℃下进行除渣、铸造，得到含稀土元素La、Ce的新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭；所述 Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的厚度为50mm的小规格方铸锭；
三、均匀化：所得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金方铸锭在400℃/24h、475℃/24h、400℃ /4h+470℃/40h+480℃/30h下进行均匀化处理，出炉空冷至室温，然后将均匀化铸锭铣面至表面无明显缺陷为止，获得均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块，按照430℃/11h进行处理，金属温度在380℃～420℃下开始轧制，轧制成厚度为8mm的合金板材，并进行切边处理；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材按照470℃/35min+480℃/25min进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、预拉伸：将步骤五得到的固溶合金板材进行预拉伸处理，预拉伸量为1.8％～2.4％，得到板型良好的合金板材；
七、时效：将步骤六得到的合金板材按照时效处理温度分别为120℃/24h和120℃/4h+ 165℃/8h进行处理，获得时效态板材。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤一中Zn的质量分数为 6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数1.0％，Zr的质量分数为0.11％，Ce的质量分数为0.05％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜0.05％，Cr 的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。其他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至三的不同点是：步骤一中Zn的质量分数为6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数1.0％，Zr的质量分数为0.11％，La的质量分数为0.05％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜0.05％，Cr 的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al。其他与具体实施方式二至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四的不同点是：步骤三按照400℃/4h +470℃/40h+480℃/30h下进行均匀化处理，出炉空冷至室温，然后将均匀化铸锭铣面至表面无明显缺陷为止，获得均匀化铸块。其他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不同点是：步骤六按照预拉伸量为 2.0％，得到板型良好的合金板材。其他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不同点是：步骤七板材按照时效处理温度120℃/4h+165℃/8h进行处理。其他与具体实施方式二至六相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Zn的质量分数为6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数1.0％， Zr的质量分数为0.11％，Ce的质量分数为0.05％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、 Al-Cu(40％)中间合金、Al-Zr(5％)中间合金、纯Ce和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金在750℃下熔化后，再加入Al-La(20％)中间合金、纯Ce、铝钛硼细化剂及2#覆盖剂，第一次搅拌静置15min后，再分别进行第二次和第三次搅拌、静置，待温度在700℃～720℃下进行除渣、铸造，得到含稀土元素La、Ce的新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭；所述 Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的厚度为50mm的小规格方铸锭；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭在温度为400℃/4h+470℃/40h +480℃/30h下进行均匀化处理，出炉空冷至室温，得到均匀化铸锭，然后将均匀化铸锭铣面至厚度为35mm～38mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块，按照430℃/11h进行处理，金属温度在 380℃～420℃下开始轧制，轧制成厚度为8mm的合金板材，并进行切边处理；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材按照470℃/35min+480℃/25min进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、预拉伸：将步骤五得到的固溶合金板材按照预拉伸量为2.0％，得到板型良好的合金板材；
七、时效：将步骤六得到的合金板材按照时效处理温度120℃/4h+165℃/8h进行处理。
对实施例1制备的含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材进行检测，可知实施例1制备的含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材的抗拉强度 581MPa～583MPa，屈服强度为522MPa～524MPa，延伸率为13.6％～14.2％，耐剥落腐蚀到达 EA级。
对实施例1步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭进行微观组织观察，图1为实施例 1步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的金相组织照片，通过图1可观察到合金的铸态组织组织中观察到在大块层片状共晶组织附近可见细小点、线状的组织，其与大块层片网状共晶组织不同；图2位实施例1步骤得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的SEM-EDS组织照片，通过图2可观察到合金的进行非平衡凝固过程时，Ce元素可与Al、Zn、Cu元素进行富集而形成熔点更高的白亮色初生结晶相，如图中A位置处。
对实施例1步骤四得到的合金轧制态板材进行微观组织观察，如图3所示，图3为实施例1步骤四得到的合金板材轧制态SEM组织照片，通过图3可观察到合金组织中弥散分布着大量的白亮色细碎结晶相及经固溶处理后可回溶相。
对实施例1步骤五得到的合金固溶态板材进行微观组织观察，如图4所示，图4为实施例1步骤五得到的合金板材固溶态SEM组织照片，通过图3可观察到合金组织中可回溶相几乎全部回溶至基体中，残余可见尺寸约为2～5μm含稀土Ce元素的AlZnMgCu相，含稀土Ce元素组织中相的尺度细小且均匀分布。
对实施例1步骤七得到的合金时效态板材进行金相微观组织观察。图5为实施例1步骤七得到的合金板材时效态金相组织照片，通过图5可观察到合金组织呈明显的变形组织，且组织内残余相尺度相对较小；图6为实施例1步骤七得到的合金板材时效态透射组织照片，通过图6可观察到合金组织晶粒内部弥散分布大量的MgZn2相，起到析出强化作用，晶界处析出相呈断续分布，可明显改善合金的耐腐蚀性能。
实施例2：一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Zn的质量分数为6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数1.0％，Zr的质量分数为0.11％，La的质量分数为0.05％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％， Mn的质量分数＜0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、 Al-Cu(40％)中间合金、Al-Zr(5％)中间合金、纯Ce和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金在750℃下熔化后，再加入Al-La(20％)中间合金、纯Ce、铝钛硼细化剂及2#覆盖剂，第一次搅拌静置15min后，再分别进行第二次和第三次搅拌、静置，待温度在700℃～720℃下进行除渣、铸造，得到含稀土元素La、Ce的新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭；所述 Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的厚度为50mm的小规格方铸锭；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭在温度为400℃/4h+470℃/40h +480℃/30h下进行均匀化处理，出炉空冷至室温，得到均匀化铸锭，然后将均匀化铸锭铣面至厚度为35mm～38mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块，按照430℃/11h进行处理，金属温度在 380℃～420℃下开始轧制，轧制成厚度为8mm的合金板材，并进行切边处理；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材按照470℃/35min+480℃/25min进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、预拉伸：将步骤五得到的固溶合金板材按照预拉伸量为2.0％，得到板型良好的合金板材；
七、时效：将步骤六得到的合金板材按照时效处理温度120℃/4h+165℃/8h进行处理。
对实施例1制备的含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材进行检测，可知实施例1制备的含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金板材的抗拉强度 580MPa～584MPa，屈服强度为522MPa～525MPa，延伸率为13.4％～14.6％，耐剥落腐蚀到达 EA级。
综上所述：本发明提供一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金制备方法，它涉及一种含稀土元素的高强-耐腐蚀铝合金材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有铝合金材料存在的高强与耐蚀性能不匹配的问题。一种含稀土元素的高强-耐腐蚀新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金由由Zn、 Mg、Cu、Zr、Ti、Al及稀土元素La、Ce制成。制备方法：一、配料；二、铸造得到含稀土Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭；三、均匀化处理；四、轧制得到合金板材；五、固溶处理；六、预拉伸；七、时效处理。优点：具备高强、耐腐蚀性能。本发明主要用于制备一种高强- 耐腐蚀的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金。

Claims (1)

1.一种Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、配料：按照Zn的质量分数为6.0％，Mg的质量分数为2.6％，Cu的质量分数1.0％，Zr的质量分数为0.11％，Ce的质量分数为0.05％，Si的质量分数＜0.1％，Fe的质量分数<0.15％，Mn的质量分数＜0.05％，Cr的质量分数＜0.04％，Ti的质量分数<0.1％，单个杂质的质量分数＜0.05％，合计杂质的质量分数＜0.15％，余量为Al，称取高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu(40％)中间合金、Al-Zr(5％)中间合金、纯Ce和铝钛硼晶粒细化剂；
二、铸造：将步骤一称取的高精纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金在750℃下熔化后，再加入纯Ce、铝钛硼细化剂及2#覆盖剂，第一次搅拌静置15min后，再分别进行第二次和第三次搅拌、静置，待温度在700℃～720℃下进行除渣、铸造，得到含稀土元素Ce的新型Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭；所述Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭的厚度为50mm的小规格方铸锭；
三、均匀化：将步骤二得到的Al-Zn-Mg-Cu-Re铝合金铸锭在温度为400℃/4h+470℃/40h+480℃/30h下进行均匀化处理，出炉空冷至室温，得到均匀化铸锭，然后将均匀化铸锭铣面至厚度为35mm～38mm，得到均匀化铸块；
四、轧制：将步骤三得到的均匀化铸块，按照430℃/11h进行处理，金属温度在380℃～420℃下开始轧制，轧制成厚度为8mm的合金板材，并进行切边处理；
五、固溶：将步骤四得到的合金板材按照470℃/35min+480℃/25min进行固溶处理，出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、预拉伸：将步骤五得到的固溶合金板材按照预拉伸量为2.0％，得到板型良好的合金板材；
七、时效：将步骤六得到的合金板材按照时效处理温度120℃/4h+165℃/8h进行处理。
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