CN115961191A - 一种锶锆钛钇四元复合微合金化的800MPa强度级高性能铝合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锶锆钛钇四元复合微合金化的800MPa强度级高性能铝合金及制备方法，其特征在于：它主要由铝、锌、镁、铜、锶、锆、钛和钇组成，其中，锌的质量百分比为11.0‑11.5%，镁的质量百分比为3.09‑3.11%，铜的质量百分比为1.21‑1.26%，锶的质量百分比为0.0092~0.0188%，锆的质量百分比为0.265‑0.362%，钛的质量百分比为0.0647‑0.127%，钇的质量百分比为0.15~0.45%（名义），余量为铝和少量杂质元素；各组份之和为100%。该合金的制备依次包括：（1）熔铸；（2）均质化处理；（3）热挤压；（4）固溶处理；（5）时效处理。本发明合金最高强度可达797.932MPa，同时断后伸长率为6.0％、按国标GB/T 7998‑2005(铝合金晶间腐蚀测定方法）其晶间腐蚀最大深度为83.16μm。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，尤其是一种新型7000系铝合金及其制备方法，具体地说是一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
熔铸成形制坯的高强铝合金具有比重轻、强度高、制造加工成本低、可依托的基础工业实力强、军民融合性好等特点，迄今为止，对熔铸成形制坯的800MPa强度级铝合金的研究无论是国内还是国外都极为少见。当前，随着战机、导弹、重型火箭、军用卫星等各类武器装备对服役性能指标要求的不断提升，迫切需要800MPa强度级超高强度高耐腐蚀性能铝合金作为支撑。
众所周知，铝合金的强度与耐腐蚀性间通常存在倒置关系。晶间腐蚀是高强铝合金常见的一种腐蚀形态，也是一种基础腐蚀形态，对高强铝合金使用寿命和使用安全性带来很大的损害。一般而言，高强铝合金的强度愈高，晶间腐蚀性能愈低。现有的7000系高强铝合金其晶间腐蚀最大深度一般远高于100μm。
微合金化作为铝合金性能提升的重要手段已广泛应用于工业铝合金体系。虽然人们已经熟知稀土元素对铝合金的组织性能有可能会有很大提升作用，但有许多问题并未解决，如：针对不同铝合金体系、不同强度级的铝合金，哪种稀土元素最为有效？对哪种性能最为有效？其最佳质量是多少？。
锶(Sr)是一种碱土族元素，是铝合金中的一种长效变质剂，具有净化铝合金熔体、细化粗大金属间化合物的作用。锆(Zr)和钛(Ti)是3d过渡族元素，在均质化处理过程中以弥散相(Al3Zr、Al3Ti)形式析出，在Ti与Zr复合微合金化时以Al3(Zr,Ti)形式析出，比Al3Ti、A13Zr，与基体Al的共格程度更高，因此具有更好的微合金化作用。钇(Y)是一种稀土系元素，不仅具有净化铝合金熔体、细化铝合金组织的作用，而且在均质化处理过程中也以弥散相形式析出，抑制再结晶。因此，Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化可以提高超高强度铝合金的性能。
到目前为止，尚未有一种具有自主知识产权的Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金的成分设计及其制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的800MPa强度级铝合金存在的强度与耐腐蚀性很难兼顾的问题，通过合金的微合金化成分设计和制备加工技术设计，发明一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金，其特征在于：它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锶(Sr)、锆(Zr)、钛(Ti)和钇(Y)组成，其中，锌(Zn)的质量百分比为11.0～11.5％，镁(Mg)的质量百分比为3.09～3.11％，铜(Cu)的质量百分比为1.21～1.26％，锶(Sr)的质量百分比为0.0092～0.0188％，锆(Zr)的质量百分比为0.265～0.362％，钛(Ti)的质量百分比为0.0647～0.127％，钇(Y)的质量百分比为0.15～0.45％(名义)，余量为铝和少量杂质元素；各组份之和为100％。
本发明的技术方案之二是：
一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金的制备方法，其特征是它依次包括：(1)熔铸；(2)均质化处理；(3)热挤压；(4)固溶处理；(5)时效处理；
所述的熔铸：其过程为将熔炉加热到900℃后，将纯Al、Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金放入熔炉坩埚炉熔化45分钟、保温60分钟，然后降温至750℃，加入纯Zn、纯Mg并搅拌熔体，静置15分钟，加入六氯乙烷精炼剂精炼直至没有气体逸出，静置保温15分钟后，加入Al-Y中间合金并搅拌熔体，保温15分钟，扒渣，浇铸到预热至400℃的铸铁模具中浇铸成锭；
所述的均质化处理：其工艺为450℃×24h保温后随炉冷却；
所述的热挤压：其工艺为将合金加热至400℃并保温≥1h后进行挤压比为10:1的挤压；
所述的固溶处理：其工艺为450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬；
所述的时效处理：其工艺为T6I4(121℃×4-6h(室温水冷)+65℃×120h)时效或T6(121℃×24h)时效，即可获得Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11％，Al-Y中间合金中Y的质量百分比为10％。
本发明的有益效果：
(1)本发明获得了一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金的成分及其制备方法。
(2)本发明合金最高强度可达797.932MPa，同时断后伸长率为6.0％、按国标GB/T7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为83.16μm。
(3)本发明公开了一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金的成分与制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国航空航天、武器装备等领域的需求。
(4)本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。
附图说明
图1是本发明实施例一T6I4时效态晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图2是本发明实施例一T6时效态晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图3是本发明实施例二T6时效态晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图4是本发明实施例三T6时效态晶间腐蚀试验后横截面金相图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金由以下方法制备而成：
首先，熔铸，其过程为将熔炉加热到900℃后，将纯Al、Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金放入熔炉坩埚熔化45分钟、保温60分钟，然后降温至750℃，加入纯Zn、纯Mg并搅拌熔体，静置15分钟，加入六氯乙烷精炼剂精炼直至没有气体逸出，静置保温15分钟后，加入Al-Y中间合金并搅拌熔体，保温15分钟，扒渣，浇铸到预热至400℃的铸铁模具中浇铸成锭；具体实施时可以100千克为例，通过常规计算得出各组分的添加量。
其次，对铝合金铸锭进行均质化处理，其工艺为：450℃×24h保温后随炉冷却；
第三，进行热挤压，其工艺为将合金加热至400℃并保温≥1h后进行挤压比为10:1的挤压；
第四，进行固溶处理，其工艺为450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬；
最后，进行时效处理，其工艺为T6I4(121℃×6h(室温水冷)+65℃×120h)时效或T6(121℃×24h)时效。即可获得Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金。
本实施例的铝合金经光谱测量成分为：11.5％Zn,3.09％Mg,1.21％Cu,0.0092％Sr,0.362％Zr,0.0669％Ti,0.45％Y(名义)，余量为铝和不可避免的杂质元素。
本实施例的铝合金：T6I4(121℃×6h(室温水冷)+65℃×120h)态的抗拉强度为797.932MPa、断后伸长率为6.0％，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为83.16μm(图1)；T6(121℃×24h)时效态的抗拉强度为780.43MPa、断后伸长率为5.6％，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为89.29μm(图2)。
实施例二。
其制备方法与实施例一相同。
本实施例的铝合金经光谱测量成分为：11.0％Zn,3.11％Mg,1.26％Cu,0.0188％Sr,0.265％Zr,0.127％Ti,0.15％Y(名义)，余量为铝和不可避免的杂质元素。
本实施例的铝合金：T6I4(121℃×4-6h(室温水冷)+65℃×120h)态的抗拉强度为789.796-778.043MPa、断后伸长率为5.4-6.4％；T6(121℃×24h)态的抗拉强度为749.403MPa、断后伸长率为7.4％，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为95.33μm(图3)。
实施例三。
其制备方法与实施例一相同。
本实施例的铝合金经光谱测量成分为：11.3％Zn,3.1％Mg,1.24％Cu,0.015％Sr,0.304％Zr,0.0647％Ti,0.30％Y(名义)，余量为铝和不可避免的杂质元素。
本实施例的铝合金：T6I4(121℃×4-6h(室温水冷)+65℃×120h)态的抗拉强度为752.586-748.608MPa、断后伸长率为6.8-5％；T6(121℃×24h)态的抗拉强度为764.519MPa、断后伸长率为6.0％，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为92.86μm(图4)。
以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.一种Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金，其特征在于：它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锶(Sr)、锆(Zr)、钛(Ti)和钇(Y)组成，其中，锌(Zn)的质量百分比为11.0～11.5％，镁(Mg)的质量百分比为3.09～3.11％，铜(Cu)的质量百分比为1.21～1.26％，锶(Sr)的质量百分比为0.0092～0.0188％，锆(Zr)的质量百分比为0.265～0.362％，钛(Ti)的质量百分比为0.0647～0.127％，钇(Y)的质量百分比为0.15～0.45％(名义)，余量为铝和少量杂质元素；各组份之和为100％。
2.一种权利要求1所述的Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金的制备方法，其特征是它依次包括：(1)熔铸；(2)均质化处理；(3)热挤压；(4)固溶处理；(5)时效处理；
所述的熔铸：其过程为将熔炉加热到900℃后，将纯Al、Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金放入熔炉坩埚熔化45分钟、保温60分钟，然后降温至750℃，加入纯Zn、纯Mg并搅拌熔体，静置15分钟，加入六氯乙烷精炼剂精炼直至没有气体逸出，静置保温15分钟后，加入Al-Y中间合金并搅拌熔体，保温15分钟，扒渣，浇铸到预热至400℃的铸铁模具中浇铸成锭；
所述的均质化处理：其工艺为450℃×24h保温后随炉冷却；
所述的热挤压：其工艺为将合金加热至400℃并保温≥1h后进行挤压比为10:1的挤压；
所述的固溶处理：其工艺为450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬；
所述的时效处理：其工艺为T6I4(121℃×4-6h(室温水冷)+65℃×120h)时效或T6(121℃×24h)时效；即可获得Sr,Zr,Ti,Y四元复合微合金化的800MPa强度级超高强度高耐晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11％，Al-Y中间合金中Y的质量百分比为10％。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202210438890.9A Pending CN115961191A (zh) | 2022-04-25 | 2022-04-25 | 一种锶锆钛钇四元复合微合金化的800MPa强度级高性能铝合金及制备方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030219353A1 (en) * | 2002-04-05 | 2003-11-27 | Timothy Warner | Al-Zn-Mg-Cu alloys and products with improved ratio of static mechanical characteristics to damage tolerance |
| CN102732761A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-10-17 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种7000系铝合金材料及其制备方法 |
| CN108642336A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-10-12 | 上海交通大学 | 一种挤压铸造铝合金材料及其制备方法 |
| CN109097646A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-12-28 | 江苏大学 | 780-820MPa超高强度铝合金及其制备方法 |
| CN110983131A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-10 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 一种7系铝合金型材及其制造方法 |
-
2022
- 2022-04-25 CN CN202210438890.9A patent/CN115961191A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030219353A1 (en) * | 2002-04-05 | 2003-11-27 | Timothy Warner | Al-Zn-Mg-Cu alloys and products with improved ratio of static mechanical characteristics to damage tolerance |
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