CN113502421A - 一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种Al‑Zn‑Mg‑Fe系铝合金材料及其制备方法与应用。所述Al‑Zn‑Mg‑Fe系铝合金材料，包括基础合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，Fe：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al为余量；所述共晶元素为Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一种或多种；本发明提供的的Al‑Zn‑Mg‑Fe系铝合金材料，既保留现有Al‑Zn‑Mg系铝合金性能优势，又大幅降低合金制造成本。该合金既可用于铸造铝合金，也可用于变形铝合金，还具有非常优异的耐高温性能，打破了Al‑Zn‑Mg系合金不耐热的传统认知。

Description

一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
能源短缺和环境污染是当今世界的突出问题，减轻自身重量成为汽车、航空航天等领域减少环境污染和节约能源的有效方法。据统计汽车质量每降低1千克，则1L汽油就可使汽车多行驶0.011km。同时，汽车减重在降低油耗的同时，也减少了大气中CO2、氮化物、硫化物等的排放量。航空航天器中，结构件重量的降低带来燃油费用的减少，则是汽车工业的100倍。
铝是最常用的轻金属，储量丰富，占地壳重量的8.13％，在全球金属行业中，铝的应用仅次于钢铁，排名第2。铝合金具有比重小，比强度高，成形性能好，力学性能优异等优点，并可回收再利用，被广泛应用于工业生产的各个部门。
目前Al-Zn-Mg系商用牌号铝合金中，Fe元素一直被认为是一种有害元素，基本要求控制在0.1wt.％以下，即使是Al-Zn-Mg系铝合金中要求宽泛的牌号，最大允Fe量也一般不超过0.4wt.％，这无疑对合金熔炼原料和铸造工艺要求极高，增加了铝合金材料的制造成本。
如现有技术公开了一种高强度铝合金，除铝元素外，其他元素的质量百分含量为Fe：0.1～0.14％，Mn：0.03～0.04％，Si：0.02～0.04％，Ti：0.01～0.06％，B：0.03～0.09％，Zn：2.2～2.9％，Mg：0.9～1.0％，Cu：1.1～1.3％，Ce：0.5～1.0％，Sc：0.1～0.4％，其余为Al，其中，Fe含量控制在极低的水平。
而且，耐热铝合金在汽车、航空、航天、兵器、船舶等多个行业都具有广泛的应用，如汽车发动机的活塞、缸套、缸盖、连杆，导弹壳体、尾翼，飞机蒙皮等。随着航空航天和汽车工业的迅速发展，对铝合金的耐热性能也提出了更高的要求，目前发动机上的活塞、缸套、连杆等零部件，均要求长期服役在300℃以上高温条件并承受着足够的载荷及热疲劳作用，现有的Al-Zn-Mg系铝合金材料难以满足耐高温、抗蠕变等现实苛刻要求。
因此，开发出一款兼具低制造成本和超强耐热效果的Al-Zn-Mg系铝合金具有显著价值。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种具有低制造成本，且能够耐热的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，本发明摒弃了Al-Zn-Mg系铝合金制备过程中需要减Fe、除Fe的传统制备工艺，提出一种增Fe铸造制备Al-Zn-Mg-Fe系高强铝合金的方法。本发明提供的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，既保留现有Al-Zn-Mg系铝合金性能优势，又大幅降低合金制造成本。该合金既可用于铸造铝合金，也可用于变形铝合金，还具有非常优异的耐高温性能，打破了Al-Zn-Mg系合金不耐热的传统认知。
为达到上述技术目的，本发明第一方面提供一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，包括如下质量分数的基础合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，Fe：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al为余量；
所述共晶元素为Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一种或多种；
进一步的，所述Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料还包括辅助元素，辅助元素为Zr与Sc、Er、Yb中一种或多种的复配，辅助元素的量为0.1～1.6％。
本发明第二方面提供一种上述Al-Zn-Mg-Fe系铝合金的制备方法，具体为：按照元素组成进行配料，并进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷或通入氩气进行除气、除渣精炼，浇铸得到Al-Zn-Mg-Fe系铝合金。
本发明第三方面提供上述Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料在航空航天、汽车、生物医疗、石油装备和电子领域中的应用。
本发明的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种Al-Zn-Mg-Fe系高强度铝合金材料，本发明采用增Fe铸造以及共晶元素对Fe元素进行变质的方法，通过引入一种共晶元素或多种共晶元素组合(Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co)，合理确定各合金元素配比，有效规避富Fe针状有害相，大幅增加合金中的允Fe量，提高耐热共晶相的体积分数，收窄合金凝固区间，降低合金热裂倾向，提高铸造性能和焊接性能。
(2)通过Zr元素与Sc、Er、Yb元素的复合添加，能够提升铝合金的热稳定性，即使在450℃下进行长时间热处理也不会发生明显的粗化，还可明显显著提高再结晶温度，在热处理和热挤压过程中可保持晶粒组织的稳定相，提升合金的力学性能。
(3)本发明所提供的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，具有优异的耐热性和力学性能，室温铸态抗拉强度≥450MPa，室温挤压变形态抗拉强度≥580MPa，300℃下铸态抗拉强度≥200MPa，300℃下挤压态抗拉强度≥120MPa。350℃下铸态抗拉强度≥150MPa，350℃下挤压态抗拉强度≥90MPa。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的Al-Zn-Mg系铝合金中最大允Fe量也一般不超过0.4wt.％，这对合金熔炼原料和铸造工艺要求极高，增加了铝合金材料的制造成本，而且现有的Al-Zn-Mg系铝合金材料难以满足耐高温、抗蠕变等现实苛刻要求。
为了解决如上的技术问题，本发明第一方面提供一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，包括如下质量分数的基础合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，Fe：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al为余量；
所述共晶元素为Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一种或多种；
其中，在Al-Zn-Mg系铝合金中，Fe元素一直被认为是一种有害元素，铁在铸造铝合金中一直被认为是一种主要的有害杂质，各个国家、专业标准均对其作了明确的限制，各企业标准对其控制更为严格。这主要是由于随Fe含量增加，在金相组织中会形成本身硬度很高的针、片状脆性Fe相，它的存在割裂了铝合金的基体，降低了合金的力学性能，尤其是韧性，并且使零件机械加工难度增加，刀、刃具磨损严重，尺寸稳定性差等等。因此，Al-Zn-Mg系商用牌号铝合金中，基本要求控制Fe的量在0.1wt.％以下，即使是Al-Zn-Mg系铝合金中要求宽泛的牌号，最大允Fe量也一般不超过0.4wt.％，这无疑对合金熔炼原料和铸造工艺要求极高，增加了铝合金材料的制造成本。
针对该问题，本发明为了避免降低铝合金中Fe含量所需要的复杂工序，提出了一种可以允Fe量提高至1.5％的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，通过向铝合金材料中引入共晶元素对Fe元素进行变质，有效规避富Fe针状有害相，大幅增加合金中的允Fe量；同时，还能提高耐热共晶相的体积分数，收窄合金凝固区间，降低合金热裂倾向，提高铸造性能和焊接性能。
进一步的，所述共晶元素中，Ce：0～1.6％，Y：0～1.6％，Nd：0～1.6％，Ca：0～4％，Ni：0～2.8％，Co：0～3.2％。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述铝合金材料还包括辅助元素，辅助元素为Zr与Sc、Er、Yb中一种或多种的复配，辅助元素的量为0.1～1.6％。
通过Zr元素与Sc、Er、Yb元素的复合添加，可形成与Al基体共格的L12型核-壳结构相。由于该相与Al共格，具有非常相近的晶格参数，因此在合金熔炼铸造过程中可作为有效的异质形核点，大幅增加铝合金的形核数量，显著细化Al基体铸造晶粒组织。又因为Zr元素具有很小的扩散系数，因此具有Zr外壳的核-壳结构相具有极高的热稳定性，即使在450℃下进行长时间热处理也不会发生明显的粗化。该相还可明显显著提高再结晶温度，在热处理和热挤压过程中可保持晶粒组织的稳定相，提升合金的力学性能。
通过共晶元素和辅助元素的协同配合，本发明得到一种兼具高允Fe量和优异耐热性能的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，该材料的室温铸态抗拉强度≥450MPa，室温挤压变形态抗拉强度≥580MPa，300℃下铸态抗拉强度≥200MPa，300℃下挤压态抗拉强度≥120MPa。350℃下铸态抗拉强度≥150MPa，350℃下挤压态抗拉强度≥90MPa。本发明的铝合金材料改变了Al-Zn-Mg系铝合金不耐热的传统认知，为耐热铝合金的研发开辟了一条新路径。
进一步的，所述辅助元素中，Zr：0.1～0.3％，Sc：0～0.3％，Er：0～0.5％，Yb：0～0.5％。
所述铝合金材料可用高纯铝(99.99％)单独作为主原料，也可用A00标准铝(99.7％)单独作为主原料或者两者混合使用。
作为优选的实施方式，所述铝合金中，Zn/Mg＝2～4，(Ce+Y+Nd)/Fe＝2～4，Ca/Fe＝5～10，(Ni+Co)/Fe＝1～3，Zr+Sc+Er+Yb＜1.6％。
本发明第二方面提供一种上述Al-Zn-Mg-Fe系铝合金的制备方法，具体为：按照元素组成进行配料，并进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷或通入氩气进行除气、除渣精炼，浇铸得到Al-Zn-Mg-Fe系铝合金。
进一步的，铝合金熔炼温度为750～850℃
进一步的，精炼温度为740～750℃；
进一步的，精炼后静置30min以上，并降温至700～730℃，进行浇铸。
进一步的，该铝合金材料用作铸造铝合金时，铸造完成后，还需在350～550℃范围内进行多级固溶处理并快速淬火，最后在110～130℃温度范围内进行时效处理。
进一步的，铸造铝合金时效处理的时间为20-30h。
该铝合金材料用作变形铝合金时，铸造之后需先在350～550℃范围内进行均匀化处理，再在380～520℃范围内进行热变形；变形后在430～490℃范围内进行固溶处理并快速淬火或采取挤压过程在线淬火的方式，最后在110～130℃范围内进行时效处理。
进一步的，变形铝合金固溶处理的时间为0.5-12h；
进一步的，变形铝合金时效处理的时间为20-30h。
本发明通过多级热处理工艺优化进行合金微观组织精准调控，大幅改善了合金微观组织中析出相分布、形态，使析出强化相更加的细小弥散。本发明得到的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料既可用于铸造铝合金又可用于变形铝合金，且具有非常优异的耐高温性能。
本发明第三方面提供上述Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料在航空航天、汽车、生物医疗、石油装备和电子领域中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.1％，Mg：2.6％，Fe：0.8％，Ce：0.6％，Y：0.6％，Zr：0.2％，Er：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-25％Y、Al-5％Zr、Al-20％Er中间合金；
2)将原料在850℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在740℃下除渣精炼，精炼后静置35min，降温至710℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料进行350℃/24h+460℃/26h+520℃/8h多级固溶处理，并快速淬火后，在120℃下进行24h时效处理。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例2
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：6.5％，Mg：2.1％，Fe：0.6％，Ce：0.6％，Nd：0.6％，Zr：0.2％，Er：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-30％Nd、Al-5％Zr、Al-20％Er中间合金；
2)将原料在800℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在745℃除渣精炼，精炼后静置30min，降温至720℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料进行360℃/26h+470℃/26h+530℃/6h多级固溶处理，并快速淬火后，在120℃下进行28h时效处理。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例3
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：6.7％，Mg：2.2％，Fe：1％，Y：0.7％，Nd：0.6％，Zr：0.2％，Yb：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Y、Al-30％Nd、Al-5％Zr、Al-20％Yb中间合金；
2)将原料在850℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在740℃除渣精炼，精炼后静置40min，并降温至730℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料进行370℃/20h+450℃/26h+510℃/9h多级固溶处理，并快速淬火后，在130℃下进行20h时效处理。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例4
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：6.7％，Mg：2.2％，Fe：0.4％，Ca：4％，Zr：0.2％，Sc：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-15％Ca、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在750℃下进行铝合金熔炼，然后在740℃下通入氩气进行除气，并进行除渣精炼，精炼后静置30min，降温至700℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料进行370℃/22h+480℃/25h+560℃/5h多级固溶处理，并快速淬火后，在120℃下进行24h时效处理。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例5
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：6.7％，Mg：2.2％，Fe：0.6％，Ni：0.6％，Co：0.7％，Zr：0.2％，Sc：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ni、Al-5％Co、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在800℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在745℃下除渣精炼，精炼后静置30min，并降温至730℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料进行360℃/28h+450℃/26h+530℃/7h多级固溶处理，并快速淬火后，在125℃下进行24h时效处理。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例6
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.2％，Mg：2.5％，Fe：0.5％，Ce：0.7％，Y：0.5％，Zr：0.2％，Er：0.2％，Yb：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-20％Y、Al-5％Zr、Al-20％Er、Al-20％Yb中间合金；
2)将原料在780℃下进行铝合金熔炼，然后在750℃下通入氩气进行除气，并进行除渣精炼，之后静置35min，降温至720℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料进行350℃/30h+470℃/24h+540℃/5h多级固溶处理，并快速淬火后，在115℃下进行30h时效处理。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例7
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.1％，Mg：2.6％，Fe：0.5％，Ce：0.7％，Nd：0.6％，Zr：0.2％，Sc：0.2％余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-30％Nd、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在790℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在740℃除渣精炼，精炼后静置30min，并降温至710℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料先进行370℃/36h+480℃/28h+550℃/5h多级均匀化处理，再在450℃下进行挤压变形，挤压结束后再在460℃下固溶1.5h并快速淬火，最后在120℃下时效热处理24h。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例8
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.3％，Mg：2.5％，Fe：0.8％，Ni：0.8％，Co：0.6％，Zr：0.2％，Sc：0.2％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ni、Al-5％Co、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在830℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在745℃除渣精炼，精炼后静置30min，并降温至725℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料先进行350℃/30h+460℃/30h+520℃/6h多级均匀化处理，再在500℃下进行挤压，挤压结束后再在430℃下固溶12h并快速淬火，最后在120℃下时效热处理28h。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例9
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.1％，Mg：2.6％，Fe：0.5％，Ce：0.8％，Y：0.4％，Zr：0.2％，Sc：0.2％余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-20％Y、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在810℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在750℃除渣精炼，精炼后静置30min，并降温至715℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料先进行380℃/28h+460℃/26h+540℃/7h双级均匀化处理，再在380℃下进行挤压，挤压结束后再在490℃下固溶0.5h并快速淬火，最后在110℃下时效热处理30h。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例10
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.0％，Mg：2.4％，Fe：1％，Nd：0.8％，Y：0.5％，Zr：0.2％，Sc：0.2％余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-30％Nd、Al-20％Y、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在810℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在750℃除渣精炼，精炼后静置30min，并降温至710℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料先进行390℃/30h+450℃/30h+510℃/5h双级均匀化处理，再在400℃下进行挤压，挤压结束后再在450℃下固溶3h并快速淬火，最后在120℃下时效热处理24h。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例11
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.0％，Mg：2.4％，Fe：0.6％，Ce：0.5％，Nd：0.4％，Y：0.4％，Zr：0.2％，Sc：0.2％余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-30％Nd、Al-20％Y、Al-5％Zr、Al-2％Sc中间合金；
2)将原料在820℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在740℃除渣精炼，精炼后静置35min，并降温至720℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料先进行360℃/28h+460℃/30h+560℃/5h双级均匀化处理，再在520℃下进行挤压，挤压过程中采取边挤压边喷水的在线淬火，最后在130℃下时效热处理20h。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
实施例12
本实施例中，一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，由以下原料质量配比组成：Zn：7.1％，Mg：2.4％，Fe：1.5％，Ce：0.8％，Nd：0.5％，Y：0.6％，Zr：0.2％，Sc：0.1％，Er：0.1％，Yb：0.1％，余量为Al。
1)按照质量配比称取A00标准铝、纯Zn、纯Mg以及Al-20％Fe、Al-20％Ce、Al-30％Nd、Al-20％Y、Al-5％Zr、Al-2％Sc、Al-20％Er、Al-20％Yb中间合金；
2)将原料在850℃下进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷除气，然后在750℃除渣精炼，精炼后静置35min，并降温至730℃，进行浇铸。
3)对该铝合金材料先进行370℃/34h+440℃/30h+500℃/9h双级均匀化处理，再在500℃下进行挤压，挤压过程中采取边挤压边喷水的在线淬火，最后在120℃下时效热处理24h。
4)依据GB/T228.1-2010标准，取样进行室温和高温性能测试，测试性能如表1所示。
表1：实施例力学性能测试结果
Figure BDA0003160701630000091
虽然在室温下变形态的铝合金材料会比铸态的抗拉强度明显高不少，但由于变形态晶粒组织处于亚稳状态，受热后会明显粗化，因此变形态铝合金材料的高温性能反而比铸态的要低一些。实施例11和实施例12的变形态铝合金材料采取在线淬火+时效的热处理工艺，虽然缩短了材料制备工艺流程，但由于在线淬火的固溶效果不如单独的固溶热处理彻底，导致了其最终的力学性能要低于热变形后再进行固溶+时效的工艺。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料，其特征在于：包括如下质量分数的基础合金元素：Zn：6.5～15％，Mg：1.4～4.5％，Fe：0.3～1.5％和共晶元素0.6～14.8％，Al为余量；
所述共晶元素为Ce、Y、Nd、Ca、Ni、Co的一种或多种。
2.如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于：所述共晶元素中，Ce：0～1.6％，Y：0～1.6％，Nd：0～1.6％，Ca：0～4％，Ni：0～2.8％，Co：0～3.2％。
3.如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料还包括辅助元素，辅助元素为Zr与Sc、Er、Yb中一种或多种的复配，辅助元素的量为0.1～1.6％。
4.如权利要求3所述的铝合金材料，其特征在于：所述辅助元素中，Zr：0.1～0.3％，Sc：0～0.3％，Er：0～0.5％，Yb：0～0.5％。
5.如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料采用高纯铝或A00标准铝作为主原料。
6.如权利要求3所述的铝合金材料，其特征在于：所述铝合金中，Zn/Mg＝2～4，(Ce+Y+Nd)/Fe＝2～4，Ca/Fe＝5～10，(Ni+Co)/Fe＝1～3，Zr+Sc+Er+Yb＜1.6％。
7.权利要求1-6任一项所述的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料的制备方法，其特征在于：按照元素组成进行配料，并进行铝合金熔炼，再用钟罩压入六氯乙烷或通入氩气进行除气、除渣精炼，浇铸得到Al-Zn-Mg-Fe系铝合金；
进一步的，铝合金熔炼温度为750～850℃；
进一步的，精炼温度为740～750℃；
进一步的，精炼后静置30min以上，并降温至700～730℃，进行浇铸。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：当铝合金材料用作铸造铝合金时，铸造完成后，还需在350～550℃范围内进行多级固溶处理并快速淬火，最后在110～130℃温度范围内进行时效处理。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：当铝合金材料用作变形铝合金时，铸造之后需先在350～550℃范围内进行均匀化处理，再在380～520℃范围内进行热变形；变形后在430～490℃范围内进行固溶处理并快速淬火或采取挤压过程在线淬火的方式，最后在110～130℃范围内进行时效处理。
10.权利要求1-6任一项所述的Al-Zn-Mg-Fe系铝合金材料在航空航天、汽车、生物医疗、石油装备和电子领域中的应用。
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