CN117965977A - 一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 - Google Patents
一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117965977A CN117965977A CN202311678533.0A CN202311678533A CN117965977A CN 117965977 A CN117965977 A CN 117965977A CN 202311678533 A CN202311678533 A CN 202311678533A CN 117965977 A CN117965977 A CN 117965977A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- melt
- temperature
- aluminum alloy
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 229910018571 Al—Zn—Mg Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 74
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 52
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 28
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 27
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 22
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 18
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VVTRNRPINJRHBQ-UHFFFAOYSA-N [Cl].[Ar] Chemical compound [Cl].[Ar] VVTRNRPINJRHBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 31
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 31
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 230000035882 stress Effects 0.000 abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 42
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 39
- 239000000047 product Substances 0.000 description 34
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 12
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 7
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 7
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 6
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 6
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017706 MgZn Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种Al‑Zn‑Mg铝合金的制备方法，包括以下步骤：a)根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体；所述目标合金成分为：Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn 0.2wt％～0.8wt％，Mg 1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr 0.05wt％～0.25wt％，Be0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；b)将步骤a)得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al‑Zn‑Mg铝合金。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定化学成分配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的Al‑Zn‑Mg铝合金韧性高，耐蚀性、焊接性能、铸造性能优良，晶粒细小；同时，产品化合物弥散分布，组织均匀细小，强度和抗应力腐蚀性能优良且稳定。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，更具体地说，是涉及一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法。
背景技术
Al-Zn-Mg合金重要的特点是具有自淬火性，因而焊接部位在时效后的性能与基体材料相近，属于高强可焊铝合金，同时还具有良好的抗腐蚀性能，Al-Zn-Mg系合金在热状态下的塑性很高，比其他合金有更大的技术、经济优越性，因其优良特性被广泛运用于航天航空兵器等领域，并成为领域中最重要的关键材料之一。
目前，随着航天航空兵器迅速的发展，材料多向性需求则越来越多，因此铝合金材料向高性能、长寿命、水陆两栖复杂化发展。对于Al-Zn-Mg合金，既要保证合金韧性、腐蚀和焊接性能，又要满足强度和疲劳性能；而Al-Zn-Mg合金为了满足高韧性、焊接性能和腐蚀性能，本身限制增加强度和疲劳性能。因此，对Al-Zn-Mg合金化学成分设计、铸造和热处理工艺匹配提出了更高的要求。为了满足各项性能，实现多析出相、多尺度协同调控，具备以上要求则需要正确的选择主要合金组元Zn、Mg用量和的配比，同时合理调控Mn、Cu、Zr等微量元素，实现铸锭组织细小、均匀，化合物弥散分布，提高材料一致性。
但是，现有技术的生产工艺存在铸造组织不均匀、性能不匹配等问题，严重制约了该铝合金材料应用的迅速发展。对于Al-Zn-Mg铝合金，现有技术难以保证产品要求；因此，为了更好的满足最终产品综合性能需求，需要对Al-Zn-Mg铝合金的化学成分、铸造工艺和热处理工艺等进行开发和优化设计。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法，本发明提供的制备方法能够提高该合金材料组织和性能，满足铸锭组织均匀、产品力学性能优良的要求。
本发明提供了一种Al-Zn-Mg铝合金的制备方法，包括以下步骤：
a)根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体；
所述目标合金成分为：
Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn 0.2wt％～0.8wt％，Mg1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr0.05wt％～0.25wt％，Be 0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；
b)将步骤a)得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al-Zn-Mg铝合金。
优选的，步骤a)中所述目标合金成分为：
Si0.01wt％～0.05wt％，Fe 0.02wt％～0.15wt％，Cu 0.01wt％～0.02wt％，Mn0.25wt％～0.35wt％，Mg 1.47wt％～1.65wt％，Cr 0.01wt％～0.03wt％，Zn4.51wt％～4.92wt％，Ti 0.02wt％～0.03wt％，Zr 0.1wt％～0.11wt％，Be0.001wt％～0.002wt％，Mg+Zn 5.98wt％～6.57wt％，余量为Al。
优选的，步骤a)中所述熔炼的过程具体为：
将合金原料熔化完后取样分析，炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据目标合金成分将熔体成分调整至目标值。
优选的，步骤b)中所述熔体净化的过程具体为：
炉内采用氩气或氩氯混合气体精炼，在线采用氩气或氩氯混合气体精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体在线采用板式或深床过滤。
优选的，步骤b)中所述晶粒细化在线采用Al-5Ti-1B丝进行，用量为1.5kg/t～2.5kg/t。
优选的，步骤b)中所述铸造的流盘末端铝液温度为695℃～720℃，铸造速度为35mm/min～55mm/min，冷却水流量为120m3/h～180m3/h，冷却水温度为18℃～28℃。
优选的，步骤b)中所述均热处理采用均匀化退火的方式；所述均匀化退火的升温速度为50℃/h～90℃/h，升温时间为8h～12h，保温温度为470℃～500℃，保温时间为12h～36h。
优选的，步骤b)中所述固溶淬火的过程具体为：
加热到450℃～500℃，保温120min～300min，然后在20℃～40℃水中淬火。
优选的，步骤b)中所述时效处理的温度为140℃～160℃，保温时间为480min～720min。
本发明还提供了一种Al-Zn-Mg铝合金，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。
本发明提供了一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体；所述目标合金成分为：Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn0.2wt％～0.8wt％，Mg1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr0.05wt％～0.25wt％，Be 0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；b)将步骤a)得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al-Zn-Mg铝合金。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定化学成分配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的Al-Zn-Mg铝合金韧性高，耐蚀性、焊接性能、铸造性能优良，晶粒细小；同时，产品化合物弥散分布，组织均匀细小，强度和抗应力腐蚀性能优良且稳定。
此外，本发明提供的制备方法操作简单明确，现场可执行性高，且提高了产品成材率，降低了生产成本。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种Al-Zn-Mg铝合金的制备方法，包括以下步骤：
a)根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体；
所述目标合金成分为：
Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn 0.2wt％～0.8wt％，Mg1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr0.05wt％～0.25wt％，Be 0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；
b)将步骤a)得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al-Zn-Mg铝合金。
本发明首先根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体。
在本发明中，所述目标合金成分为：
Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn 0.2wt％～0.8wt％，Mg1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr0.05wt％～0.25wt％，Be 0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；
优选为：
Si0.01wt％～0.05wt％，Fe 0.02wt％～0.15wt％，Cu 0.01wt％～0.02wt％，Mn0.25wt％～0.35wt％，Mg 1.47wt％～1.65wt％，Cr 0.01wt％～0.03wt％，Zn4.51wt％～4.92wt％，Ti 0.02wt％～0.03wt％，Zr 0.1wt％～0.11wt％，Be0.001wt％～0.002wt％，Mg+Zn 5.98wt％～6.57wt％，余量为Al。
本发明合理匹配Zn、Mg元素含量：Zn和Mg是主要强化元素，生产主要强化相为MgZn2(η)相和Al2Mg3Zn3(T)相，Mg含量过高则会形成Al3Mg2(β)相，但是β相不起强化作用；Zn和Mg含量的提高可使强度提高同时并不会降低塑性；另外Mn和Cr对Al-Zn-Mg系合金耐蚀性能产生有利影响的程度与Zn、Mg的总含量有关，其中在含5wt％～7.5wt％(Mg+Zn)的合金中加入Mn和Cr的效果最大。因此，本发明控制Mg 1.0wt％～2.5wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％。
本发明合理调控Mn、Cr、Zr元素含量：在Al-Zn-Mg系合金中添加少量的Mn和Cr元素可提高再结晶温度、细化晶粒并提高抗应力腐蚀性能，Mn和Cr的作用基本相同；添加Zr能显著提高再结晶温度、细化晶粒，减少铸造和焊接时裂纹倾向；在含Mn的Al-Zn-Mg系合金加入少量的Zr可以大幅降低应力腐蚀倾向；添加Mn、Cr、Zr元素能够细化晶粒，改变晶界状态，形成不同弥散程度的Mn、Cr、Zr的金属间化合物，改变晶内和晶界附近位错分布的特点；但这些化合物均属于难溶添加物，随着含量增加，同时加速Zn、Mg在铝中固溶体的分解，则会引起焊接时裂纹倾向增加并对焊接部位强度有不利影响。因此，本发明控制Mn 0.2wt％～0.8wt％，Cr≤0.10wt％，Zr 0.05wt％～0.25wt％。
本发明合理控制Si、Fe、Cu元素含量：Si和Fe都是有害的杂质，同时Si和Fe含量增加还会造成铸造裂纹倾向性增加；在Al-Zn-Mg合金中，随着Cu含量增加，强度和抗应力腐蚀性能随之增加，但使抗一般腐蚀的性能变坏，并增加焊接时裂纹倾向。因此，本发明控制Si≤0.15wt％，Fe≤0.25wt％，Cu≤0.10wt％。
本发明为了满足产品优良综合性能，采用纯度较好的铝锭和均匀性较好的其他原材料，确保Fe、Cu、Cr等其他杂质元素控制在较低水平；本发明使用牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料为原料，对其来源没有特殊限制。
在本发明中，所述熔炼的过程优选具体为：
将合金原料熔化完后取样分析，炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据目标合金成分将熔体成分调整至目标值。
得到所述熔体后，本发明将得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al-Zn-Mg铝合金。
在本发明中，所述熔体净化的过程优选具体为：
炉内采用氩气或氩氯混合气体精炼，在线采用氩气或氩氯混合气体精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体在线采用板式或深床过滤；
更优选为：
炉内采用氩气和氯气混合气体精炼，在线采用氩气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体在线采用板式过滤。
在本发明中，所述晶粒细化的目的是细化铸造组织，获得均匀细小组织；所述晶粒细化优选在线采用Al-5Ti-1B丝进行，用量优选为1.5kg/t～2.5kg/t，更优选为1.8kg/t～2.0kg/t。目前使用广泛的细化剂有Al-5Ti-1B、Al-3Ti-1B和Al-5Ti-0.2B线材等，其中Al-5Ti-1B线材细化能力强，应用最广泛。
在本发明中，所述铸造的目的是获得晶粒细小铸锭组织，提高铸锭致密度，细化一次晶化合物尺寸，减小区域偏析，从而确保产品综合性能；所述铸造的流盘末端铝液温度优选为695℃～720℃，更优选为697℃～710℃，铸造速度优选为35mm/min～55mm/min，更优选为42mm/min～48mm/min，冷却水流量优选为120m3/h～180m3/h，更优选为140m3/h～160m3/h，冷却水温度优选为18℃～28℃，更优选为20℃～28℃。
熔体经过铸造后获得铸锭，为了消除铸锭应力、减小铸锭偏析并获得细小弥散分布的化合物，需要对铸锭进行高温均匀化退火处理，这种退火能使除极少量难溶AlFeMnSi相外，其他相均充回溶。在本发明中，所述均热处理优选采用均匀化退火的方式；所述均匀化退火的升温速度优选为50℃/h～90℃/h，更优选为60℃/h～70℃/h，升温时间优选为8h～12h，更优选为9h～10h，保温温度优选为470℃～500℃，更优选为470℃～480℃，保温时间优选为12h～36h，更优选为20h～24h。
在本发明中，所述固溶淬火的过程优选具体为：
加热到450℃～500℃，保温120min～300min，然后在20℃～40℃水中淬火；
更优选为：
加热到480℃～500℃，保温210min～240min，然后在25℃～35℃水中淬火。
Al-Zn-Mg合金有很宽的淬火温度范围(350℃～500℃)，而且对冷却速度的敏感性较小，为了满足较高的力学强度，本发明将固溶加热温度到450℃～500℃，在此温度下保温120min～300min，然后在20℃～40℃水中淬火。
在本发明中，所述时效处理的温度优选为140℃～160℃，保温时间优选为480min～720min，更优选为550min～650min。
Al-Zn-Mg合金在时效过程中因形成亚稳相η’和T而得到强化，在100℃～140℃范围内时效，较短时间可达到很高强度，但是组织不稳定，在室温下长期放置引起组织改变，并使抗应力腐蚀性能急剧降低；为了满足产品稳定力学性能和良好抗应力腐蚀性能，本发明时效温度加热到140℃～160℃，在此温度下保温480min～720min。
本发明提供的制备方法采用特定化学成分配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的Al-Zn-Mg铝合金韧性高，耐蚀性、焊接性能、铸造性能优良，晶粒细小；同时，产品化合物弥散分布，组织均匀细小，强度和抗应力腐蚀性能优良且稳定。同时，本发明提供的制备方法操作简单明确，现场可执行性高，且提高了产品成材率，降低了生产成本。
本发明还提供了一种Al-Zn-Mg铝合金，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。本发明提供的制备方法能够提高该合金材料组织和性能，满足铸锭组织均匀、产品力学性能优良的要求。
本发明提供了一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体；所述目标合金成分为：Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn0.2wt％～0.8wt％，Mg1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr0.05wt％～0.25wt％，Be 0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；b)将步骤a)得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al-Zn-Mg铝合金。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定化学成分配合特定工艺步骤，实现整体较好的相互作用，制备得到的Al-Zn-Mg铝合金韧性高，耐蚀性、焊接性能、铸造性能优良，晶粒细小；同时，产品化合物弥散分布，组织均匀细小，强度和抗应力腐蚀性能优良且稳定。
此外，本发明提供的制备方法操作简单明确，现场可执行性高，且提高了产品成材率，降低了生产成本。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
按照下述方法制备铝合金：依次进行配料、熔炼、熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理；
配料过程：按照合金成分进行配料，采用Al99.85铝锭、纯金属、中间合金、一级废料配料；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据配方将熔体成分调整至目标值；
熔体净化过程：炉内采用Ar+Cl2混合气体精炼，在线采用Ar气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体过滤采用泡沫陶瓷过滤板；
在线细化过程：在线采用Al-5Ti-1B丝进行晶粒细化，用量为1.8kg/t；
铸造参数：流盘末端铝液温度702℃；铸造速度44mm/min；冷却水流量为150m3/h；冷却水温度26℃；
均热处理过程：对铸造的铝合金进行均热处理，铸锭均匀化退火的升温速度60℃/h，升温时间9h，保温温度470℃～480℃，保温时间20h。
固溶淬火和时效处理过程：将铝合金加热到480℃～500℃，在此温度下保温210min，然后在30℃水中淬火；时效温度为140℃～160℃，在此温度保温600min。
得到Al-Zn-Mg铝合金。
质量检测：
(1)铸锭低倍：晶粒度1.5级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)化学成分：Si0.05％，Fe 0.15％，Cu0.01％，Mn 0.25％，Cr 0.03％，Mg1.65％，Zn 4.71％，Ti0.02％，Zr 0.10％，Be 0.001％，Mg+Zn 6.36％；检测方法为GB/T20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)氢含量：0.11ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)力学性能：抗拉强度421MPa，屈服强度345MPa，延伸率12.5％；检测方法为GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》。
(5)剥落腐蚀：EA级；检测方法为GB/T 22639《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》。
实施例2
按照下述方法制备铝合金：依次进行配料、熔炼、熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理；
配料过程：按照合金成分进行配料，采用Al99.85和Al99.90铝锭、纯金属、中间合金、一级废料配料；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据配方将熔体成分调整至目标值；
熔体净化过程：炉内采用Ar+Cl2混合气体精炼，在线采用Ar气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体过滤采用泡沫陶瓷过滤板；
在线细化过程：在线采用Al-5Ti-1B丝进行晶粒细化，用量为2.0kg/t；
铸造参数：流盘末端铝液温度705℃；铸造速度42mm/min；冷却水流量为140m3/h；冷却水温度26℃；
均热处理过程：对铸造的铝合金进行均热处理，铸锭均匀化退火的升温速度60℃/h，升温时间9h，保温温度470℃～480℃，保温时间20h。
固溶淬火和时效处理过程：将铝合金加热到480℃～500℃，在此温度下保温210min，然后在30℃水中淬火；时效温度为140℃～160℃，在此温度保温600min。
得到Al-Zn-Mg铝合金。
质量检测：
(1)铸锭低倍：晶粒度1级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)化学成分：Si0.04％，Fe 0.11％，Cu0.01％，Mn 0.28％，Cr 0.01％，Mg1.47％，Zn 4.51％，Ti0.02％，Zr 0.10％，Be 0.001％，Mg+Zn 5.98％；检测方法为GB/T20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)氢含量：0.12ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)力学性能：抗拉强度420MPa，屈服强度341MPa，延伸率11％；检测方法为GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》。
(5)剥落腐蚀：EA级；检测方法为GB/T 22639《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》。
实施例3
按照下述方法制备铝合金：依次进行配料、熔炼、熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理；
配料过程：按照合金成分进行配料，采用Al99.70和Al99.90铝锭、纯金属、中间合金、一级废料配料；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据配方将熔体成分调整至目标值；
熔体净化过程：炉内采用Ar+Cl2混合气体精炼，在线采用Ar气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体过滤采用泡沫陶瓷过滤板；
在线细化过程：在线采用Al-5Ti-1B丝进行晶粒细化，用量为2.0kg/t；
铸造参数：流盘末端铝液温度697℃；铸造速度48mm/min；冷却水流量为160m3/h；冷却水温度26℃；
均热处理过程：对铸造的铝合金进行均热处理，铸锭均匀化退火的升温速度60℃/h，升温时间9h，保温温度470℃～480℃，保温时间20h。
固溶淬火和时效处理过程：将铝合金加热到480℃～500℃，在此温度下保温240min，然后在30℃水中淬火；时效温度为140℃～160℃，在此温度保温600min。
得到Al-Zn-Mg铝合金。
质量检测：
(1)铸锭低倍：晶粒度1级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)化学成分：Si0.04％，Fe 0.09％，Cu0.01％，Mn 0.35％，Cr 0.01％，Mg1.52％，Zn 4.92％，Ti0.02％，Zr 0.11％，Be 0.001％，Mg+Zn 6.44％；检测方法为GB/T20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)氢含量：0.10ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)力学性能：抗拉强度410MPa，屈服强度330MPa，延伸率10％；检测方法为GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》。
(5)剥落腐蚀：EA级；检测方法为GB/T 22639《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》。
对比例1
按照下述方法制备铝合金：依次进行配料、熔炼、熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理；
配料过程：按照合金成分进行配料，采用Al99.70铝锭、纯金属、中间合金、一级废料配料；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据配方将熔体成分调整至目标值；
熔体净化过程：炉内采用Ar+Cl2混合气体精炼，在线采用Ar气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体过滤采用泡沫陶瓷过滤板；
在线细化过程：在线采用Al-5Ti-1B丝进行晶粒细化，用量为1.0kg/t；
铸造参数：流盘末端铝液温度705℃；铸造速度40mm/min；冷却水流量为120m3/h；冷却水温度26℃；
均热处理过程：对铸造的铝合金进行均热处理，铸锭均匀化退火的升温速度60℃/h，升温时间9h，保温温度470℃～480℃，保温时间20h。
固溶淬火和时效处理过程：将铝合金加热到480℃～500℃，在此温度下保温240min，然后在30℃水中淬火；时效温度为140℃～160℃，在此温度保温600min。
得到Al-Zn-Mg铝合金。
质量检测：
(1)铸锭低倍：晶粒度4～5级，并存在羽毛状晶；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)化学成分：Si0.06％，Fe 0.16％，Cu0.01％，Mn 0.30％，Cr 0.01％，Mg1.61％，Zn 4.54％，Ti0.01％，Zr 0.12％，Be 0.001％，Mg+Zn 6.15％；检测方法为GB/T20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)氢含量：0.12ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)力学性能：抗拉强度360MPa，屈服强度280MPa，延伸率5％；检测方法为GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》。
(5)剥落腐蚀：EB级；检测方法为GB/T 22639《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》。
对比例2
按照下述方法制备铝合金：依次进行配料、熔炼、熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理；
配料过程：按照合金成分进行配料，采用Al99.70铝锭、纯金属、中间合金、一级废料配料；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据配方将熔体成分调整至目标值；
熔体净化过程：炉内采用Ar+Cl2混合气体精炼，在线采用Ar气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体过滤采用泡沫陶瓷过滤板；
在线细化过程：在线采用Al-5Ti-1B丝进行晶粒细化，用量为2.0kg/t；
铸造参数：流盘末端铝液温度702℃；铸造速度42mm/min；冷却水流量为140m3/h；冷却水温度27℃；
均热处理过程：对铸造的铝合金进行均热处理，铸锭均匀化退火的升温速度50℃/h，升温时间10h，保温温度470℃～480℃，保温时间20h。
固溶淬火和时效处理过程：将铝合金加热到480℃～500℃，在此温度下保温240min，然后在30℃水中淬火；时效温度为140℃～160℃，在此温度保温600min。
得到Al-Zn-Mg铝合金。
质量检测：
(1)铸锭低倍：晶粒度1级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)化学成分：Si0.05％，Fe 0.24％，Cu0.35％，Mn 0.12％，Cr 0.01％，Mg1.49％，Zn 4.92％，Ti0.02％，Zr 0.10％，Be 0.001％，Mg+Zn 6.47％；检测方法为GB/T20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)氢含量：0.12ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)力学性能：抗拉强度405MPa，屈服强度330MPa，延伸率10％；检测方法为GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》。
(5)剥落腐蚀：EB级；检测方法为GB/T 22639《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》。
对比例3
按照下述方法制备铝合金：依次进行配料、熔炼、熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理；
配料过程：按照合金成分进行配料，采用Al99.70铝锭、纯金属、中间合金、一级废料配料；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据配方将熔体成分调整至目标值；
熔体净化过程：炉内采用Ar+Cl2混合气体精炼，在线采用Ar气精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体过滤采用泡沫陶瓷过滤板；
在线细化过程：在线采用Al-5Ti-1B丝进行晶粒细化，用量为1.8kg/t；
铸造参数：流盘末端铝液温度700℃；铸造速度45mm/min；冷却水流量为150m3/h；冷却水温度27℃；
均热处理过程：对铸造的铝合金进行均热处理，铸锭均匀化退火的升温速度50℃/h，升温时间10h，保温温度470℃～480℃，保温时间20h。
固溶淬火和时效处理过程：将铝合金加热到480℃～500℃，在此温度下保温240min，然后在30℃水中淬火；时效温度为140℃～160℃，在此温度保温600min。
得到Al-Zn-Mg铝合金。
质量检测：
(1)铸锭低倍：晶粒度1.5级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)化学成分：Si0.05％，Fe 0.18％，Cu0.01％，Mn 0.32％，Cr 0.01％，Mg0.80％，Zn 3.60％，Ti0.02％，Zr 0.10％，Be 0.001％，Mg+Zn 4.40％；检测方法为GB/T20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)氢含量：0.13ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)力学性能：抗拉强度345MPa，屈服强度265MPa，延伸率18％；检测方法为GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》。
(5)剥落腐蚀：EA级；检测方法为GB/T 22639《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》。
实验结果表明，本发明通过化学成分优化设计，获得良好的铸造性能，生产的产品韧性高，耐蚀性、焊接性能优良；通过优化晶粒细化和合理调配铸造工艺，产品铸造性能优良、晶粒细小；同时，本发明通过优化热处理工艺，获得的产品化合物弥散分布，组织均匀细小，强度和抗应力腐蚀性能优良且稳定。此外，本发明提供的制备方法操作简单明确，现场可执行性高，且提高了产品成材率，降低了生产成本。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种Al-Zn-Mg铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)根据目标合金成分，称取牌号Al99.70以上品位原铝锭、中间合金、纯金属、一级废料配料进行熔炼，得到熔体；
所述目标合金成分为：
Si≤0.15wt％，Fe≤0.20wt％，Cu≤0.10wt％，Mn 0.2wt％～0.8wt％，Mg1.0wt％～2.5wt％，Cr≤0.10wt％，Zn 4.0wt％～5.5wt％，Ti≤0.05wt％，Zr0.05wt％～0.25wt％，Be0.0005wt％～0.005wt％，Mg+Zn 5wt％～7.5wt％，余量为Al；
b)将步骤a)得到的熔体依次经熔体净化、晶粒细化、铸造、均热处理、固溶淬火和时效处理，得到Al-Zn-Mg铝合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述目标合金成分为：
Si 0.01wt％～0.05wt％，Fe 0.02wt％～0.15wt％，Cu 0.01wt％～0.02wt％，Mn0.25wt％～0.35wt％，Mg 1.47wt％～1.65wt％，Cr 0.01wt％～0.03wt％，Zn4.51wt％～4.92wt％，Ti 0.02wt％～0.03wt％，Zr 0.1wt％～0.11wt％，Be0.001wt％～0.002wt％，Mg+Zn 5.98wt％～6.57wt％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述熔炼的过程具体为：
将合金原料熔化完后取样分析，炉内熔化温度为730℃～770℃，并根据目标合金成分将熔体成分调整至目标值。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述熔体净化的过程具体为：
炉内采用氩气或氩氯混合气体精炼，在线采用氩气或氩氯混合气体精炼，将熔体氢含量降至0.15ml/100gAl以内；除气后熔体在线采用板式或深床过滤。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述晶粒细化在线采用Al-5Ti-1B丝进行，用量为1.5kg/t～2.5kg/t。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述铸造的流盘末端铝液温度为695℃～720℃，铸造速度为35mm/min～55mm/min，冷却水流量为120m3/h～180m3/h，冷却水温度为18℃～28℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述均热处理采用均匀化退火的方式；所述均匀化退火的升温速度为50℃/h～90℃/h，升温时间为8h～12h，保温温度为470℃～500℃，保温时间为12h～36h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述固溶淬火的过程具体为：
加热到450℃～500℃，保温120min～300min，然后在20℃～40℃水中淬火。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述时效处理的温度为140℃～160℃，保温时间为480min～720min。
10.一种Al-Zn-Mg铝合金，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311678533.0A CN117965977A (zh) | 2023-12-08 | 2023-12-08 | 一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311678533.0A CN117965977A (zh) | 2023-12-08 | 2023-12-08 | 一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117965977A true CN117965977A (zh) | 2024-05-03 |
Family
ID=90852058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311678533.0A Pending CN117965977A (zh) | 2023-12-08 | 2023-12-08 | 一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117965977A (zh) |
-
2023
- 2023-12-08 CN CN202311678533.0A patent/CN117965977A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110669964B (zh) | 一种高性能稀土Al-Mg-Si铝合金挤压材料及其制备方法 | |
| AU2010239014B2 (en) | High-elongation rate aluminum alloy material for cable and preparation method thereof | |
| CN104959393B (zh) | 一种高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造方法 | |
| CN112143945B (zh) | 一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法 | |
| CN104614215B (zh) | 高锰铝青铜标准物质及其制备方法 | |
| CN101407876A (zh) | 适于大截面主承力结构件制造的铝合金材料及其制备方法 | |
| CN114134375B (zh) | 一种耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-Cu合金及其制备方法 | |
| CN107675038B (zh) | 一种轻质铸造Al-Si-Li-Cu合金材料及其制备方法 | |
| CN114277272A (zh) | 铝合金改性用复合稀土合金及其制备方法 | |
| CN111014332A (zh) | 具有高长期热稳定性的6系高合金成分及其制备方法 | |
| CN110157959A (zh) | 一种高强度高韧性的压铸铝合金及其制备方法 | |
| CN107587012A (zh) | 一种轻质铸造Al‑Si‑Li合金材料及其制备方法 | |
| CN114214534A (zh) | 改性铝合金及其制备方法 | |
| CN111041294B (zh) | 具有高长期热稳定性的6系低合金成分及其制备方法 | |
| CN114293044B (zh) | 高塑性复合改性铝合金制件及其制备方法 | |
| CN112501482B (zh) | 一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法 | |
| CN109666827B (zh) | 一种超强超韧7055Sc铝合金锻件 | |
| CN112159917A (zh) | 一种大规格高纯均质细晶铝合金铸锭及铸造方法 | |
| CN112301242A (zh) | 一种高强度耐腐蚀Al-Y-Sc合金的制备方法及Al-Y-Sc合金 | |
| CN111471878A (zh) | 一种4004铝合金铸锭的熔铸工艺 | |
| CN117965977A (zh) | 一种Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 | |
| CN114277271B (zh) | 高强度复合改性铝合金制件及其制备方法 | |
| CN113862529B (zh) | 一种铝合金及其制备方法 | |
| CN114790526A (zh) | 大型轴流风机叶片用的高强度铝合金及其型材的生产工艺 | |
| CN117684057A (zh) | 一种高强高韧耐蚀Al-Zn-Mg铝合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |