CN116005048A - 一种铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金材料及其制备方法，包括以下质量百分比的成分：Zn 2.2％～2.7％、Mg 4.1％～5.3％、Si 0.5％～0.8％、Mn 1.1％～1.5％、Cu0.5％～0.9％、Li 2.5％～3.1％、B 0.2％～0.5％、Y 0.1％～0.5％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al；其中，所述B+Y≥0.5％。本发明通过优化铝合金材料的成分以及成分配比，在保证铝合金材料整体的使用强度的情况下，AlB2吸附的Al10Mn2Y吸附层不断增厚，合金中的Y含量减少，使其对共晶Si的变质作用和对富铁相的细化作用发生衰退，在限定了成分配比后，结合轧制处理，组织中的晶粒被拉长并产生了再结晶的晶粒，累积变形量增加，合金组织不断得到细化，在多向扎制处理后，累计的变形量，有助于进一步提高材料的力学性能，屈服强度589Mpa以上，伸长率14.7％，且铝合金材料还具有优异的导热性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金的制备领域，具体而言，涉及一种铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金是丰富的工程材料之一，具有悠久的应用传统与广阔的应用领域。现有技术中通过提高Zn、Mg、Cu元素的含量，加大MgZn2相在合金含量中的比例，使其强度较高的7XXX系合金。7185也是首个正是在航空客机得到应用的商业铝合金。7XXX系合金的开发，科学家并没有执着于Zn、Mg等元素含量的增加，而是调整Zn/Mg元素比值，降低杂质元素的掺入，并配合适当的热处理提高其性能。通过实验分析，7055-T77热处理状态的材料强度相比7075-T6状态有20％以上的提升，但该类材料的高强变形能力差。现有技术中也又通过加入稀土元素来引入大量的稳定相，以起到沉淀强化和阻碍晶粒长大的作用，从而达到强度的提升，但由于稀土元素价格昂贵，这也导致铝合金生产成本大幅增加。通过工艺高温长时间处理后，依然存在铝合金材料整体晶粒粗大，性能低，无法满足高强度受力要求的问题。
发明内容
基于此，为了解决现有技术中铝合金材料成本高、整体晶粒粗大，性能低，无法满足高强度受力要求的问题，本发明提供了一种铝合金材料及其制备方法，具体技术方案如下：
一种铝合金材料，所述铝合金材料包括以下质量百分比的成分：Zn2.2％～2.7％、Mg 4.1％～5.3％、Si 0.5％～0.8％、Mn 1.1％～1.5％、Cu 0.5％～0.9％、Li 2.5％～3.1％、B 0.2％～0.5％、Y 0.1％～0.5％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al；
其中，所述B+Y≥0.5％。
另外，本申请还提供一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至500℃～550℃，保温20min～30min，然后升温至710℃～740℃，然后加入硅，再次升温至750℃～780℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至680℃～700℃，静置处理后，置于冷却结晶器中，使用铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A进行双级均匀化处理，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B进行反复轧制处理，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C进行挤压处理，固溶处理，时效处理得到铝合金材料。
进一步地，所述静置处理的时间为40min～60min。
进一步地，所述铸造的的温度为470℃～520℃，所述铸造的速度为75mm/min～80mm/min。
进一步地，所述双级均匀化处理包括第一阶段均匀化以及第二阶段均匀化，所述第一阶段均匀化的温度为460℃～470℃，所述第一阶段均匀化的时间为20h～24h；所述第二阶段均匀化的温度为480℃～500℃，所述第二阶段均匀化的时间为10h～12h。
进一步地，所述反复轧制处理的次数为3次～5次，且每次轧制处理后，需要进行保温处理5min～10min。
进一步地，所述反复轧制处理的变形量均为20％～60％。
进一步地，所述挤压处理的温度为450℃～460℃，挤压速率为3m/min～7m/min。
进一步地，所述固溶处理的温度为250℃～500℃，时间为10min～15min。
进一步地，所述反复轧制处理中轧制机的滚筒温度为120℃～135℃，转速为0.3r/min～0.5r/min。
上述方案通过优化铝合金材料的成分以及成分配比，在保证铝合金材料整体的使用强度的情况下，AlB2吸附的Al10Mn2Y吸附层不断增厚，合金中的Y含量减少，使其对共晶Si的变质作用和对富铁相的细化作用发生衰退，在限定了成分配比后，结合轧制处理，组织中的晶粒被拉长并产生了再结晶的晶粒，累积变形量增加，合金组织不断得到细化，在多向扎制处理后，累计的变形量，有助于进一步提高材料的力学性能，屈服强度589Mpa以上，伸长率14.7％，且铝合金材料还具有优异的导热性能。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种铝合金材料，所述铝合金材料包括以下质量百分比的成分：Zn 2.2％～2.7％、Mg 4.1％～5.3％、Si 0.5％～0.8％、Mn1.1％～1.5％、Cu 0.5％～0.9％、Li 2.5％～3.1％、B 0.2％～0.5％、Y 0.1％～0.5％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al；
其中，所述B+Y≥0.5％。
另外，本申请还提供一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至500℃～550℃，保温20min～30min，然后升温至710℃～740℃，然后加入硅，再次升温至750℃～780℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至680℃～700℃，静置处理后，置于冷却结晶器中，使用铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A进行双级均匀化处理，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B进行反复轧制处理，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C进行挤压处理，固溶处理，时效处理得到铝合金材料。
在其中一个实施例中，所述静置处理的时间为40min～60min。
在其中一个实施例中，所述铸造的的温度为470℃～520℃，所述铸造的速度为75mm/min～80mm/min。
在其中一个实施例中，所述双级均匀化处理包括第一阶段均匀化以及第二阶段均匀化，所述第一阶段均匀化的温度为460℃～470℃，所述第一阶段均匀化的时间为20h～24h；所述第二阶段均匀化的温度为480℃～500℃，所述第二阶段均匀化的时间为10h～12h。
在其中一个实施例中，所述反复轧制处理的次数为3次～5次，且每次轧制处理后，需要进行保温处理5min～10min。
在其中一个实施例中，所述反复轧制处理的变形量均为20％～60％。
在其中一个实施例中，所述挤压处理的温度为450℃～460℃，挤压速率为3m/min～7m/min。
在其中一个实施例中，所述固溶处理的温度为250℃～500℃，时间为10min～15min。
在其中一个实施例中，所述反复轧制处理中轧制机的滚筒温度为120℃～135℃，转速为0.3r/min～0.5r/min。
上述方案通过优化铝合金材料的成分以及成分配比，在保证铝合金材料整体的使用强度的情况下，AlB2吸附的Al10Mn2Y吸附层不断增厚，合金中的Y含量减少，使其对共晶Si的变质作用和对富铁相的细化作用发生衰退，在限定了成分配比后，结合轧制处理，组织中的晶粒被拉长并产生了再结晶的晶粒，累积变形量增加，合金组织不断得到细化，在多向扎制处理后，累计的变形量，有助于进一步提高材料的力学性能，屈服强度589Mpa以上，伸长率14.7％，且铝合金材料还具有优异的导热性能。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
一种铝合金材料包括以下质量百分比的成分：
Zn 2.7％、Mg 4.1％、Si 0.5％、Mn 1.1％、Cu 0.8％、Li 2.5％、B 0.2％、Y0.5％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al。
一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至500℃，保温20min，然后升温至740℃，然后加入硅，再次升温至780℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至680℃，静置处理40min后，置于冷却结晶器中，使用铸造机于470℃，速度为75mm/min的条件下进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A进行第一阶段均匀化以及第二阶段均匀化，且第一阶段均匀化的温度为460℃，所述第一阶段均匀化的时间为24h；所述第二阶段均匀化的温度为480℃，所述第二阶段均匀化的时间为10h，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B置于轧制机中，轧制机的滚筒温度为120℃，转速为0.3r/min，进行反复轧制处理3次，且每次轧制处理的变形量为20％，每次轧制处理后，需要进行保温处理5min，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C于450℃，挤压速率为3m/min条件下进行挤压处理，于450℃固溶处理15min，时效处理得到铝合金材料。
实施例2：
一种铝合金材料包括以下质量百分比的成分：
Zn 2.6％、Mg 4.5％、Si 0.6％、Mn 1.2％、Cu 0.9％、Li 2.7％、B 0.3％、Y0.3％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al；
一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至540℃，保温30min，然后升温至740℃，然后加入硅，再次升温至760℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至690℃，静置处理50min后，置于冷却结晶器中，使用铸造机于500℃，速度为75mm/min的条件下进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A进行第一阶段均匀化以及第二阶段均匀化，且第一阶段均匀化的温度为470℃，所述第一阶段均匀化的时间为22h；所述第二阶段均匀化的温度为500℃，所述第二阶段均匀化的时间为11h，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B置于轧制机中，轧制机的滚筒温度为125℃，转速为0.3r/min，进行反复轧制处理3次，且每次轧制处理的变形量为20％，每次轧制处理后，需要进行保温处理5min～10min，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C于460℃，挤压速率为5m/min条件下进行挤压处理，于450℃固溶处理15min，时效处理得到铝合金材料。
实施例3：
一种铝合金材料包括以下质量百分比的成分：
Zn 2.5％、Mg 4.6％、Si 0.7％、Mn 1.3％、Cu 0.7％、Li 2.7％、B 0.3％、Y0.3％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al；
一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至520℃，保温25min，然后升温至720℃，然后加入硅，再次升温至760℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至700℃，静置处理50min后，置于冷却结晶器中，使用铸造机于480℃，速度为80mm/min的条件下进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A进行第一阶段均匀化以及第二阶段均匀化，且第一阶段均匀化的温度为460℃，所述第一阶段均匀化的时间为24h；所述第二阶段均匀化的温度为490℃，所述第二阶段均匀化的时间为10h，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B置于轧制机中，轧制机的滚筒温度为125℃，转速为0.3r/min，进行反复轧制处理3次，且每次轧制处理的变形量为20％，每次轧制处理后，需要进行保温处理10min，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C于460℃，挤压速率为3m/min条件下进行挤压处理，于460℃固溶处理12min，时效处理得到铝合金材料。
对比例1：
对比例1与实施例3的区别在于，对比例1中未添加B成分，其它与实施例3相同。
对比例2：
对比例2与实施例3的区别在于，对比例2中未添加Y成分，其它与实施例3相同。
对比例3：
对比例3与实施例3的区别在于，对比例3中未添加B以及Y，其它与实施例3相同。
对比例4：
对比例4与实施例3的区别在于，对比例4中的成分以及成分配比不同，其它与实施例3相同，对比例4中的成分以及成分配比如下：
Zn 1.5％、Mg 2.3％、Si 0.1％、Mn 1.3％、Cu 0.7％、Li 0.1％、B 0.1％、Y0.1％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al。
对比例5：
对比例5与实施例3的区别在于制备方法的不同，其它与实施例3相同，对比例5的制备方法如下：
一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至520℃，保温25min，然后升温至720℃，然后加入硅，再次升温至760℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至700℃，静置处理50min后，置于冷却结晶器中，使用铸造机于480℃，速度为80mm/min的条件下进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A于460℃均匀化处理25h，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B置于轧制机中，轧制机的滚筒温度为125℃，转速为0.3r/min，进行反复轧制处理3次，且每次轧制处理的变形量为20％，每次轧制处理后，需要进行保温处理10min，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C于460℃，挤压速率为3m/min条件下进行挤压处理，于460℃固溶处理12min，时效处理得到铝合金材料。
对比例6：
对比例6于对比例5的区别在于，对比例6中未经过反复轧制处理，其它与对比例5相同。
将实施例1～3制备的铝合金材料以及对比例1～6制备的铝合金材料进行性能测试，结果如下表1所示。
表1：
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (10)
1.一种铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料包括以下质量百分比的成分：Zn2.2％～2.7％、Mg 4.1％～5.3％、Si 0.5％～0.8％、Mn 1.1％～1.5％、Cu 0.5％～0.9％、Li 2.5％～3.1％、B 0.2％～0.5％、Y 0.1％～0.5％、不可避免的杂质元素＜0.2％，余量为Al；
其中，所述B+Y≥0.5％。
2.一种铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1所述的铝合金材料，所述制备方法包括以下步骤：
将纯铝、铝锌合金、铝镁合金、铝锰合金、铝铜合金以及铝锂合金混合，进行预热至500℃～550℃，保温20min～30min，然后升温至710℃～740℃，然后加入硅，再次升温至750℃～780℃，加入硼以及钇，熔炼期间充分搅拌，降温至680℃～700℃，静置处理后，置于冷却结晶器中，使用铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭A；
将所述铝合金铸锭A进行双级均匀化处理，得到铝合金铸锭B；
将所述铝合金铸锭B进行反复轧制处理，得到铝合金铸锭C；
将所述铝合金铸锭C进行挤压处理，固溶处理，时效处理得到铝合金材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述静置处理的时间为40min～60min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铸造的的温度为470℃～520℃，所述铸造的速度为75mm/min～80mm/min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述双级均匀化处理包括第一阶段均匀化以及第二阶段均匀化，所述第一阶段均匀化的温度为460℃～470℃，所述第一阶段均匀化的时间为20h～24h；所述第二阶段均匀化的温度为480℃～500℃，所述第二阶段均匀化的时间为10h～12h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述反复轧制处理的次数为3次～5次，且每次轧制处理后，需要进行保温处理5min～10min。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述反复轧制处理的变形量均为20％～60％。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述挤压处理的温度为450℃～460℃，挤压速率为3m/min～7m/min。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为250℃～500℃，时间为10min～15min。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反复轧制处理中轧制机的滚筒温度为120℃～135℃，转速为0.3r/min～0.5r/min。
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