CN114262828A

CN114262828A - 一种超高强7系铝合金及其加工工艺

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Publication number: CN114262828A
Application number: CN202111565321.2A
Authority: CN
Inventors: 钟皓; 杨达彬; 杨仲彬; 黄信文
Original assignee: Guangdong Zhongse Yanda New Material Technology Co ltd
Current assignee: Guangdong Zhongse Yanda New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2041-12-20
Also published as: CN114262828B

Abstract

本发明涉及7系铝合金材料领域，特别是涉及一种超高强7系铝合金，包括如下质量百分含量的组分：Zn 6‑9wt％；Mg 1.0‑3.0wt％；Cu 0.2‑2.5wt％；Mn 0.01‑0.45wt％；Si≤0.15wt％；Cr 0.01‑0.40wt％；Ti≤0.05wt％；Zr 0.01‑0.15wt％；Fe≤0.15wt％；其余组分为Al和不可避免的杂质。本发明提供一种高强度、耐腐蚀的超高强7系铝合金。本发明还提供一种制备简单的超高强7系铝合金的加工工艺。

Description

一种超高强7系铝合金及其加工工艺

技术领域

本发明涉及7系铝合金材料领域，特别是涉及一种超高强7系铝合金及其加工工艺。

背景技术

超高强7系铝合金为Al-Zn-Mg-Cu合金，由于具有极高的强度，因而被应用于航空航天及军工等领域。在民用领域，7系铝合金也被用于汽车保险杆以及消费性电子器件的外壳制造。在军工领域，通常要求7系铝合金具有较高的强度和断裂韧性及耐腐蚀性能，而在消费性电子领域更多的要求7系材料具有较高的强度以及耐腐蚀性能。对耐腐蚀性能的要求，即是为了保证材料在cnc制程中因为腐蚀性能差而造成的良率损失低，更是为了保证材料在阳极氧化后在使用过程中避免有腐蚀现象。在保证材料的强度基础上提高材料的耐腐蚀性能，需要对合金成分及热处理工艺进行优化。现有技术提供了一种提高7系铝合金抗腐蚀性能的方法，通过增加过预应变和过时效来提高材料的腐蚀性性能，但由于过时效温度过高，对屈服强度有不利的影响。现有技术提供了一种7系铝合金型材及其制造方法，对低强度的7系铝合金耐腐蚀性能有一定的改善，但其基体材料屈服强度较低，因此对于高合金化超高强7系铝合金的改善未知。

因此有必要开发一种超高强铝合金及其加工工艺，使得材料即具有较高的强度也具有较好的耐腐蚀性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高强度、耐腐蚀的超高强7系铝合金。

本发明还提供一种制备简单的超高强7系铝合金的加工工艺。

本发明采用如下技术方案：

一种超高强7系铝合金，包括如下质量百分含量的组分：

其余组分为Al和不可避免的杂质。

对上述技术方案的进一步改进为，包括如下质量百分含量的组分：

其余组分为Al和不可避免的杂质。

其余组分为Al和不可避免的杂质。

其余组分为Al和不可避免的杂质。

对上述技术方案的进一步改进为，所述超高强7系铝合金的屈服强度大于600Mpa。

一种超高强7系铝合金的加工工艺，包括如下步骤：

使用上述的组分铸锭；铸锭进行均质退火；均质后材料进行挤压；挤压材进行时效处理。

对上述技术方案的进一步改进为，包括如下步骤：

使用上述的组分铸锭；铸锭进行均质退火，在450-470℃保温20-36h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温430-480℃，挤压材出口温度460-510℃；挤压材进行时效处理，80-120℃保温16-32h，再以20℃-50℃/h升温至200-230℃保温0.5-2h，然后再20℃-50℃/h降温至80-170℃保温8-32h。

本发明的有益效果为：

本发明通过调整强化元素的含量及进行加工工艺控制，使得材料的屈服强度大于600MPa且兼顾良好的耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明的实施例1进行阳极氧化后再按照GB/22639-2008进行剥离腐蚀实验后的材料表面图；

图2为本发明的比较例1进行剥离腐蚀实验后的材料表面图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明的实施方式不限于此。

一种超高强7系铝合金，包括如下质量百分含量的组分：Zn 6-9wt％；Mg1.0-3.0wt％；Cu 0.2-2.5wt％；Mn 0.01-0.45wt％；Si≤0.15wt％；Cr 0.01-0.40wt％；Ti≤0.05wt％；Zr 0.01-0.15wt％；Fe≤0.15wt％；其余组分为Al和不可避免的杂质。

Zn、Mg是7系铝合金中的主要强化元素，它们形成强化相MgZn₂。一般而言，Zn、Mg的含量越高，MgZn₂体积分数越大，则材料的强度越高。但与此同时，过量的添加Zn、Mg元素也将带来材料的铸造难度加大，铸造过程中材料容易开裂以及成分不均匀等现象的发生，而且过多的添加Zn、Mg并不能保证其完全固溶在基体中，多余的Zn、Mg元素将形成不溶于基体的MgZn2相，从而既不能提高材料的强度又造成材料塑性的下降。为了保证本发明中材料的屈服强度≥600MPa，同时材料具有较良好的铸造特性及塑性，需要对Zn与Mg的含量进行分别限制为：6.0-9wt％，1.0-3.0wt％。

Cu是7系铝中的主要添加元素，但其一般起固溶强化以及改善材料的抗应力腐蚀性能的作用。添加过多的Cu，会增加成本且增加密度。因此Cu含量限制为0.2-2.5wt％。

Mn、Cr、Ti、Zr为微量元素，对材料的晶粒控制有较大帮助，在其添加量达到一定程度后，会在组织中形成纤维晶粒，从而造成织构强化，带来材料力学性能的提高，因此四种元素含量需控制在：Mn 0.01-0.45wt％，Cr 0.01-0.40wt％,Ti≤0.05wt％，Zr 0.01-0.15wt％。

Fe、Si为7系铝合金中的杂质元素，其含量需控制在0.15wt％以下。

一种超高强7系铝合金的加工工艺，包括如下步骤：使用如权利要求1所述的组分铸锭；铸锭进行均质退火，在450-470℃保温20-36h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温430-480℃，挤压材出口温度460-510℃；挤压材进行时效处理，80-120℃保温16-32h，再以20℃-50℃/h升温至200-230℃保温0.5-2h，然后再20℃-50℃/h降温至80-170℃保温8-32h。其中均质退火的目的是消除铸造过程中形成的MgZn₂相，其消除需要一定温度及保温时间，才能消除干净。均质后的材料进行挤压，控制棒温以及挤压材出口温度，分别是为了促进MgZn₂的溶解以及保持材料具有较高的空位浓度，从而为后续的时效处理提供组织准备。在此温度范围内才可达到以上的效果，温度过高，则容易造成过烧，材料报废，温度过低，则达不到溶解以及促进空位形成的目的。在时效过程中采取三级时效工艺，其目的为第一级时效在晶内和晶间充分析出强化相，第二级高温时效，将晶界粗大析出相充分溶解，晶内部分析出相溶解，第三级时效处理，调控晶内析出相的尺寸及形貌。通过以上的三级时效处理，使得材料既具有较高的强度同时耐腐蚀性能较好。

实施例1

铝合金成分以质量百分比计为：Zn 6.0wt％，Mg 3wt％，Cu 2.5wt％,Si0.04wt％，Mn 0.45wt％，Cr 0.40wt％,Ti 0.05wt％，Fe 0.15wt％，Zr0.15wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。

使用上述组分铸锭；铸锭进行均质退火，在470℃保温20h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温480℃，挤压材出口温度510℃；挤压材进行时效处理，120℃保温16h，再以50℃/h升温至230℃保温0.5h，然后再50℃/h降温至170℃保温8h。

实施例2

铝合金成分以质量百分比计为：Zn 9wt％，Mg 1.0wt％，Cu 0.2wt％,Si0.03wt％，Mn 0.35wt％，Cr 0.26wt％,Ti 0.03wt％，Fe 0.09wt％，Zr0.12wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。

使用上述组分铸锭；铸锭进行均质退火，在450℃保温36h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温430℃，挤压材出口温度460℃；挤压材进行时效处理，80℃保温32h，再以20℃/h升温至200℃保温2h，然后再20℃/h降温至80℃保温32h。

实施例3

铝合金成分以质量百分比计为：Zn 8wt％，Mg 1.9wt％，Cu 1.2wt％,Si0.03wt％，Mn 0.15wt％，Cr 0.26wt％,Ti 0.03wt％，Fe 0.09wt％，Zr0.11wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。

使用上述组分铸锭；铸锭进行均质退火，在460℃保温25h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温440℃，挤压材出口温度450℃；挤压材进行时效处理，90℃保温24h，再以30℃/h升温至210℃保温1h，然后再30℃/h降温至120℃保温24h。

比较例1

合金的成分与实施例1一致，但采用以下加工工艺：

使用上述组分铸锭；铸锭进行均质退火，在420℃保温16h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温410℃，挤压材出口温度440℃；挤压材进行时效处理，120℃x24h。

比较例2

铝合金成分以质量百分比计为：Zn 5.0wt％，Mg 2.8wt％，Cu 1.1wt％,Si0.25wt％，Mn 0.35wt％，Cr 0.46wt％,Ti 0.14wt％，Fe 0.19wt％，Zr0.25 wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。

材料的加工工艺与实施例1一致。

表1示意了实施例1-3及比较例1-2中合金的性能。

表1

如表1所示，本发明通过合理调整铝合金中各元素的含量并控制加工工艺，使材料具有较高的屈服强度及较好的耐腐蚀性能。图1为实施例1进行阳极氧化后再按照GB/22639-2008进行剥离腐蚀实验后的表面照片，图2为比较例1进行剥离腐蚀实验后的表面照片。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种超高强7系铝合金，其特征在于，包括如下质量百分含量的组分：

其余组分为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的超高强7系铝合金，其特征在于，包括如下质量百分含量的组分：

其余组分为Al和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的超高强7系铝合金，其特征在于，包括如下质量百分含量的组分：

其余组分为Al和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的超高强7系铝合金，其特征在于，包括如下质量百分含量的组分：

其余组分为Al和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的超高强7系铝合金，其特征在于，所述超高强7系铝合金的屈服强度大于600Mpa。

6.一种超高强7系铝合金的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

使用如权利要求1所述的组分铸锭；铸锭进行均质退火；均质后材料进行挤压；挤压材进行时效处理。

7.根据权利要求6所述的超高强7系铝合金的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

使用如权利要求1所述的组分铸锭；铸锭进行均质退火，在450-470℃保温20-36h后冷却；均质后材料进行挤压，棒温430-480℃，挤压材出口温度460-510℃；挤压材进行时效处理，80-120℃保温16-32h，再以20℃-50℃/h升温至200-230℃保温0.5-2h，然后再20℃-50℃/h降温至80-170℃保温8-32h。