CN113564434B

CN113564434B - 一种7系铝合金及其制备方法

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Publication number: CN113564434B
Application number: CN202110924387.XA
Authority: CN
Inventors: 胡俊强; 胡涛; 李成龙; 王川; 王仁杰
Original assignee: Sichuan Furong Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Furong Technology Co ltd
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2041-08-12
Also published as: CN113564434A

Abstract

本发明公开了一种7系铝合金，属于铝合金技术领域，该7系铝合金由以下重量百分比的组分组成：5.9‑6.25％的锌、2‑2.3％的镁、0.12‑0.26％的铜、0.12‑0.24％的锰、0.01‑0.07％的硅、0.008‑0.023％的钛、0.0001‑0.007％的铬、0.005‑0.03％的锆、0.01‑0.12％的铁，以及余量的铝。本发明提供的7系铝合金通过精准的控制Mg和Zn的含量，控制二者的比例，同时一定程度上减少铜的含量，有效提高了所得7系铝合金力学性能，最终获得的7系铝合金的抗拉强度可达490MPa以上，屈服强度为480MPa以上，维氏硬度HV可达170以上，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。

Description

一种7系铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种7系铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是一种轻金属材料，具有良好的铸造性能、塑性加工性能、导电性能、导热性能，以及良好的耐蚀性和可焊性。铝合金可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。根据组成原料的配比不同，铝合金可分为1-7系，不同系列的铝合金的力学性能也有着较大的差距。7系铝合金又称Al-Zn-Mg-Cu合金，7系铝合金具有低密度高强度的特点。目前7系铝合金的抗拉强度为450左右，屈服强度为400左右，维氏硬度HV为150左右。通过对原料组成的能够改变所得7系铝合金的力学性能，如，申请号为201811531886.7的中国发明专利，公开了一种7系铝合金及其制备方法，通过提高Mg和Zn含量，可以提高镁锌强化相，进而提高力学性能，可获得的7系铝合金的抗拉强度为470以上，屈服强度为440以上，维氏硬度HV为160以上的7系铝合金。但是针对下游生产的一些特殊要求，现有的7系铝合金的力学性能、断裂韧性以及抗疲劳性方面无法满足其多样化的需求，仍需要进一步改善。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提升7系铝合金的力学性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.9-6.25％的锌、2-2.3％的镁、0.12-0.26％的铜、0.12-0.24％的锰、0.01-0.07％的硅、0.008-0.023％的钛、0.0001-0.007％的铬、0.005-0.03％的锆、0.01-0.12％的铁，以及余量的铝。

本发明采用的另一种技术方案为：一种7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：各原料按重量百分比为：5.9-6.25％的锌、2-2.3％的镁、0.12-0.26％的铜、0.12-0.24％的锰、0.01-0.07％的硅、0.008-0.023％的钛、0.0001-0.007％的铬、0.005-0.03％的锆、0.01-0.12％的铁，以及余量的铝的比例混合均匀，然后依次进行融化、精炼、除渣、合金化、铸造、均匀化、挤压、淬火和冷却，得到7系铝合金。

本发明的有益效果在于：本发明提供的7系铝合金通过精准的控制Mg和Zn的含量，控制二者的比例，可获得最佳Mg-Zn-Cu强化项,力学性能最优。得的7系铝合金的抗拉强度可达490MPa以上，屈服强度为480MPa以上，维氏硬度HV可达170以上，断后延伸率10％以上；且由于对Cu含量的控制，提高了所得7系铝合金阳极氧化后的光泽度。本发明提供的7系铝合金及其制备方法，拓宽了下游产业的原料选择，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。

附图说明

图1所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的头处的金相组织图(50倍)；

图2所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的中处的金相组织图(50倍)；

图3所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的尾处的金相组织图(50倍)；

图4所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的头处的金相组织图(50倍)；

图5所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的中处的金相组织图(50倍)；

图6所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的尾处的金相组织图(50倍)；

图7所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的左侧面的头处的金相组织图(50倍)；

图8所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的左侧面的中处的金相组织图(50倍)；

图9所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的左侧面的尾处的金相组织图(50倍)；

图10所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的头处的金相组织图(500倍)；

图11所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的中处金相组织图(500倍)；

图12所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的尾处金相组织图(500倍)；

图13所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的头处的金相组织图(500倍)；

图14所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的中处的金相组织图(500倍)；

图15所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的尾处的金相组织图(500倍)；

图16所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的侧面的头处的金相组织图(500倍)；

图17所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的侧面的中处的金相组织图(500倍)；

图18所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的侧面的尾处的金相组织图(500倍)。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明的一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.9-6.25％的锌、2-2.3％的镁、0.12-0.26％的铜、0.12-0.24％的锰、0.01-0.07％的硅、0.008-0.023％的钛、0.0001-0.007％的铬、0.005-0.03％的锆、0.01-0.12％的铁，以及余量的铝。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的7系铝合金通过精准的控制Mg和Zn的含量为：2-2.3％的Mg和5.9-6.25％的Zn，能够控制二者的比例，同时一定程度上降低铜的添加比例，控制Cu含量为0.12-0.26％，进而有效提高了所得7系铝合金力学性能，最终获得的7系铝合金的抗拉强度可达490MPa以上，屈服强度为480MPa以上，维氏硬度HV可达170以上；且由于对Cu含量的控制，提高了所得7系铝合金阳极氧化后的光泽度，同时通过对该铝合金成分的控制，保证0.12-0.24％的锰和5.9-6.25％的锌含量能够保证晶粒在35-90μm，保证续喷砂阳极工艺无花斑，满足其作为高亮材料的使用。本发明提供的7系铝合金及其制备方法，拓宽了下游产业的原料选择，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。

进一步的，上述的7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6-6.1％的锌、2.08-2.15％的镁、0.14-0.18％的铜、0.2-0.215％的锰、0.02-0.04％的硅、0.01-0.015％的钛、0.0002-0.004％的铬、0.01-0.02％的锆、0.05-0.1％的铁，以及余量的铝。

进一步的，所述锌和镁的质量比为2.7-3。

从上述描述可知，在本发明提供的7系铝合金含量范围内进一步优化，上述组分组成的7系铝合金力学性能最优。

进一步的，所述7系铝合金的总杂质元素的含量低于0.03％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量不高于0.015％。

从上述描述可知，过多的杂质会影响最终所得7系铝合金的力学性能。

本发明的一种上述的7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：各原料按比例混合均匀，然后依次进行融化、精炼、除渣、合金化、铸造、均匀化、挤压、淬火和冷却，得到7系铝合金。

进一步的，所述均匀化为阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理由第一段、第二段和第三段组成，第一段至第三段的温度逐级提高，温度差为100-130℃。

从上述描述可知，通过三个阶段的均匀化热处理能有效细化晶粒，使晶粒分布更加均匀。

实施例1：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.04％的Zn、2.1％的Mg、0.16％的Cu、0.206％的Mn、0.032％的Si、0.0103％的Ti、0.0028％的Cr、0.015％的Zr、0.068％的Fe、0.008％的Ni、0.005％的V、0.001％的Pb、0.0003％的Na、0.00083％的B、0.0103％的Ga、0.001％的Cd，以及余量的铝。

上述7系铝合金的制备方法具体包括以下步骤：

步骤1、选用Fe<0.08，Si<0.03的高纯铝锭，和满足成分要求的废料，按高纯铝锭和废料比为7：3的比例投炉，经快速熔化(500℃)、搅拌、合金化，得到均匀的熔体A；其中，在合金化的过程中加入稀土合金；

步骤2、将步骤1所得熔体A进行精炼、扒渣、静置、提纯后转到保温炉，得到熔体B；

步骤3、将步骤2所得熔体B，采用高效率炉内精炼系统精炼、扒渣、静置，提纯后得到熔体C；

步骤4、将步骤3所得熔体C进行在线真空除气、板式过滤、管式过滤净化处理后进行半连续水冷铸造，得到合金锭；

步骤5、将步骤4所得合金锭进行阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理由第一段、第二段和第三段组成，第一段至第三段的温度逐级提高；

具体的，第一段：300-310℃保温1h，第二段：400-410℃保温2h，第三段：500-510℃保温5h；

步骤6、阶梯式均匀化热处理后，以280℃/h的冷却强度快速冷却至室温，得到7系铝合金。

对实施例1所得长方体状的7系铝合金的头、中、尾三处进行测试。测试使用的仪器有直读发射光谱仪、金相显微镜、维氏硬度计和万能材料试验机；测试参考的标准为GB/T7999-2007、GB/T4340.1-200、GB/T3246.1和GB/T228.1-2010；测试时的环境温度和湿度分别为：23±5℃和40-60％RH。

粗晶层厚度、晶粒大小、晶粒级别、析出相判定和夹杂物的测试结果见表1-3所示；硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率的测试结果见表4-5所示。其中，横截面水平方向称为侧面；纵截面水平方向称为大面；横截面垂直方向称为横截面。

表1

表2

表3

表4

样品编号	硬度1(HV)	硬度2(HV)	硬度3(HV)	平均值(HV)
					头	177.3	176.4	178.2	177.3
中	176.5	175.4	177.0	176.3
					尾	175.1	174.3	175.5	175.0

表5

结合图1-18和表1-3，可以看出，本发明提供的7系铝合金，无明显粗晶层，且晶粒度小，晶粒均匀晶粒度差异小；析出相分布均匀，析出相尺寸小。

实施例2：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.9％的Zn、2.08％的Mg、0.26％的Cu、0.22％的Mn、0.02％的Si、0.015％的Ti、0.004％的Cr、0.018％的Zr、0.05％的Fe、0.007％的Ni、0.003％的V、0.002％的Pb、0.0003％的Na、0.00075％的B、0.012％的Ga、0.001％的Cd，以及余量的铝；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

实施例3：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6％的Zn、2％的Mg、0.12％的Cu、0.24％的Mn、0.07％的Si、0.01％的Ti、0.002％的Cr、0.01％的Zr、0.12％的Fe、0.009％的Ni、0.004％的V、0.0015％的Pb、0.0003％的Na、0.00074％的B、0.0108％的Ga、0.0009％的Cd，以及余量的铝；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

实施例4：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.25％的Zn、2.3％的Mg、0.14％的Cu、0.12％的Mn、0.03％的Si、0.009％的Ti、0.0001％的Cr、0.02％的Zr、0.01％的Fe、0.005％的Ni、0.002％的V、0.001％的Pb、0.0002％的Na、0.0009％的B、0.0115％的Ga、0.002％的Cd，以及余量；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

实施例5：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.23％的Zn、2.26％的Mg、0.18％的Cu、0.2％的Mn、0.04％的Si、0.008％的Ti、0.007％的Cr、0.03％的Zr、0.1％的Fe、0.007％的Ni、0.004％的V、0.002％的Pb、0.0004％的Na、0.0007％的B、0.0095％的Ga、0.0008％的Cd，以及余量的铝；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

实施例6：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.1％的Zn、2.15％的Mg、0.15％的Cu、0.215％的Mn、0.05％的Si、0.023％的Ti、0.003％的Cr、0.005％的Zr、0.05％的Fe、0.008％的Ni、0.003％的V、0.0015％的Pb、0.0004％的Na、0.0009％的B、0.011％的Ga、0.001％的Cd，以及余量的铝；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

对实施例2-6所得7系铝合金进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度的测试，结果见表6所示。

表6

对比例1：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.72％的Zn、2.1％的Mg、0.16％的Cu、0.206％的Mn、0.032％的Si、0.0103％的Ti、0.0028％的Cr、0.015％的Zr、0.068％的Fe、0.008％的Ni、0.005％的V、0.001％的Pb、0.0003％的Na、0.00083％的B、0.0103％的Ga、0.001％的Cd，以及余量的铝；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

对比例2：

一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.04％的Zn、2.52％的Mg、0.16％的Cu、0.206％的Mn、0.032％的Si、0.0103％的Ti、0.0028％的Cr、0.015％的Zr、0.068％的Fe、0.008％的Ni、0.005％的V、0.001％的Pb、0.0003％的Na、0.00083％的B、0.0103％的Ga、0.001％的Cd，以及余量的铝；

上述7系铝合金的制备方法同实施例1。

对比例3：

一种7系铝合金，重量百分比组成同实施例1，其制备方法的步骤1-4和6也同实施例1，步骤5为、将步骤4所得合金锭进行阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理由第一段和第二段组成，第一段至第二段的温度逐级提高；

具体的第一段：300-310℃保温3h，第二段：500-510℃保温5h。

对对比例1-3所得7系铝合金进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度的测试，结果见表7所示。

表7

综上所述，本发明提供的7系铝合金通过精准的控制Mg和Zn的含量为：2-2.3％的Mg和5.9-6.25％的Zn，能够控制二者的比例，同时一定程度上降低铜的添加比例，控制Cu含量为0.12-0.26％，进而有效提高了所得7系铝合金力学性能，最终获得的7系铝合金的抗拉强度可达490MPa以上，屈服强度为480MPa以上，维氏硬度HV可达170以上；且所得7系铝合金阳极氧化后的光泽度，同时通过对该铝合金成分的控制，保证0.12-0.24％的锰和5.9-6.25％的锌含量能够保证晶粒在35-90μm，保证续喷砂阳极工艺无花斑，满足其作为高亮材料的使用。本发明提供的7系铝合金及其制备方法，拓宽了下游产业的原料选择，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种7系铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：5.9-6.25％的锌、2-2.3％的镁、0.12-0.26％的铜、0.12-0.24％的锰、0.01-0.07％的硅、0.008-0.023％的钛、0.0001-0.007％的铬、0.005-0.03％的锆、0.01-0.12％的铁，以及余量的铝；所述锌和镁的质量比为2.7-3；

所述7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：各原料按比例混合均匀，然后依次进行熔化、精炼、除渣、合金化、铸造、均匀化、挤压、淬火和冷却，得到7系铝合金；

所述均匀化为阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理为：第一段300-310℃保温1h，第二段：400-410℃保温2h，第三段：500-510℃保温5h。

2.根据权利要求1所述的7系铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：6-6.1％的锌、2.08-2.15％的镁、0.14-0.18％的铜、0.2-0.215％的锰、0.02-0.04％的硅、0.01-0.015％的钛、0.002-0.004％的铬、0.01-0.02％的锆、0.05-0.1％的铁，以及余量的铝。

3.根据权利要求1所述的7系铝合金，其特征在于，所述7系铝合金的总杂质元素的含量低于0.03％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量不高于0.015％。