CN1302137C - 一种铝锌镁系合金及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种强度高、性能稳定的铝锌镁系合金及其制备工艺。该合金化学成份为(质量百分比)：锌6.0-8.0%；镁2.5-3.0%；铜1.0-1.5%；钛0.20-0.25%；其余为铝。原料在电阻坩埚炉中配制，熔炼温度为700℃，浇注温度为690-710℃；待纯铝及中间合金熔化后，将锌锭与镁块一同加入铝液中。制备的铝锌镁系合金具有高的抗拉强度，良好的韧性，并且机械性能稳定性高，杂质总含量＜0.75%，其中铁＜0.3%；硅＜0.3%；锰＜0.15%。可以满足承受中、大载荷的结构件及飞机零件的要求。

Description

一种铝锌镁系合金及其制备工艺

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种强度高、性能稳定的铝锌镁系合金及其制备工艺。

背景技术

铝锌系合金是开发应用的第一代铸造铝合金。锌在铝中的溶解度非常大(在共晶温度382℃时可达84％)，其主要缺点是：过饱和的α固溶体在不高的温度下即进行分解，析出锌，使铝锌合金的耐热性能非常低；合金抗腐蚀性能也很差。所以单纯的铝锌二元合金在工业上已不采用，在铝锌合金中加入适量的镁，强化效果十分显著，铝锌镁合金在所有铝合金中具有最大的强化潜力。多年来，国内外对铝锌镁合金研究的颇为广泛和深入，该合金是一种极有前途的高强度铸造铝合金。国家标准中铝锌镁合金的牌号为ZL402。其主要成分为(质量百分比)：锌5.0-7.0％，镁0.3-0.8％，铬0.3-0.8％，钛0.1-0.4％。它的铸态试样经T1处理后室温机械性能抗拉强度为235MPa，延伸率为4％。切削加工性能很好，可以获得表面光洁度很高的零件；但是，此合金用作承受较大载荷的工程结构件和飞机零件，其抗拉强度偏低，机械性能还有待于进一步提高。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种强度高、韧性好、机械性能稳定的铝锌镁系合金及其制备工艺。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铝锌镁系合金，含有铝、锌、镁、钛元素，其特征是它还含有铜元素，各组分的质量百分比为：锌6.0-8.0％，镁2.5-3.0％，铜1.0-1.5％，钛0.20-0.25％，杂质总含量＜0.75％，杂质中的铁＜0.3％，硅＜0.3％，锰＜0.15％；其余为铝。

上述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤：

(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成份为：滑石粉+水玻璃；

(2).按照锌：6.0-8.0％，镁：2.5-3.0％，铜：1.0-1.5％，钛：0.20-0.25％，其余为铝的质量百分比计算并称取纯度大于等于99.7％的纯铝、纯度大于等于99.9％的纯锌、纯度大于等于99.95％的纯镁、铝铜及铝钛中间合金作为原料；

(3).在坩埚中依次装入铝锭、铝铜中间合金及铝钛中间合金，并随电阻炉一起升温，待全部熔化后，液面上撒一层由氯化钾和氯化镁组成的覆盖剂；

(4).当电阻炉升温至680-700℃时，在由氯化钾和氯化镁组成的覆盖剂覆盖下将锌块和镁块一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；

(5).当电阻炉升温至720-730℃，加入氯化铝或氯化锌进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；

(6).精炼结束后，静置5分钟，在690-710℃间扒渣浇注。

上述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中，铝铜中间合金中各成分的质量百分比是：50％铜，50％铝；铝钛中间合金中各成分的质量百分比是：5％钛，95％铝。

上述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(3)中所用覆盖剂的加入量为炉料总质量的3-4％，覆盖剂中各组分的质量百分比为氯化镁60％，氯化钾40％；步骤(5)中氯化铝或氯化锌的加入量为炉料总质量的0.15-0.2％。

与ZL402相比，本发明合金在成分上添加了铜元素，扩大了锌和镁在铝中的溶解度，增加了强化相的数量，提高了合金的强化效果；同时铜还能降低晶内和晶间的电位差，使腐蚀过程均匀进行，提高抗蚀性。铸态下合金抗拉强度可达250MPa以上，浇注好的试样进行热处理之后抗拉强度达到300MPa以上，与现有的同类合金比较，强度值提高均在20％以上，断后伸长率可达6％。该合金中杂质总含量＜0.75％，其中铁＜0.3％；硅＜0.3％；锰＜0.15％。

具体实施方式

下面给出本发明的三个最佳实施例：

实施例一

制备20Kg含锌6.5％、镁2.5％、铜1.5％、钛0.25％，余量为铝的铝锌镁系合金，制备工艺如下：

(1).采用电阻坩埚炉，铸钢坩埚；

(2).原料配制：铝块(铝≥99.7％)；锌块(锌≥99.9％)；镁块(镁≥99.95％)；铝钛中间合金(含铝95％，钛5％)；铝铜中间合金(含铝50％，铜50％)；

参考《铸造手册》(第3卷，铸造非铁合金，第2版，机械工业出版社，2001.10，P187-188)及经验确定合金元素的烧损量，铝：1.5％，锌：15％，镁：20％，铜钛在熔炼过程中变化不大。加入量计算公式： $X=M\×\frac{A}{C\×(1-E)}$

式中：M为熔炼合金总质量；

      A为合金中应含某种元素的百分数；

      C为中间合金或合金锭中所含某种元素的百分数；

      E为某种元素的烧损量；

      X为加入某种元素或中间合金的总质量。

在实例中，M＝20Kg；

A：Zn％＝6.5％；Mg％＝2.5％；Cu％＝1.5％；Ti％＝0.25％；Al％＝89.25％；

C：Zn％＝99.9；Mg％＝99.95％；Cu％＝50％；Ti％＝5％；Al％＝99.7％；

E：Al：1.5％，Zn：15％，Mg：20％。

则： $X_{\mathrm{Zn}}=20\×\frac{6.5\%}{99.9\%\×(1-15\%)}=1.53\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Mg}}=20\×\frac{2.5\%}{99.95\%\×(1-20\%)}=0.63\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Al}-\mathrm{Cu}}=20\×\frac{1.5\%}{50\%}=0.60\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Al}-\mathrm{Ti}}=20\×\frac{0.25\%}{5\%}=1.00\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Al}}=20\×\frac{89.25\%}{99.7\%\×(1-1.5\%)}=18.18\mathrm{kg}$

铝铜中间合金及铝钛中间合金带入的纯铝的质量分别为：0.60×0.5＝0.30Kg；

1.00×0.95＝0.95kg；

所以，需加纯铝的质量为：18.18-0.3-0.95＝16.93Kg；

(3).在坩埚中依次装入铝锭16.93kg，铝铜中间合金0.60kg及铝钛中间合金1.00kg随电阻炉一起升温，待全部熔化后，液面上撒一层覆盖剂750g；将坩埚随电阻炉一起升温到600℃，加入覆盖剂730克、纯铝17.52千克，升温至690℃保温；

(4).当电阻炉升温至680-700℃时，在熔剂覆下将锌块1.53kg和镁块0.63kg一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；

(5).当电阻炉升温至720-730℃，加入氯化锌35g进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；

(6).精炼结束后，静置5分钟，在690-710℃间扒渣浇注。

所得合金成份为：锌6.5％，镁2.5％，铜1.5％，钛0.25％，杂质总含量＜0.75％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为247MPa，T6处理后抗拉强度为290MPa，断后伸长率为6.7％。添加的钛元素可细化晶粒，改善铸造性能和机械性能；添加的铜元素，扩大了锌和镁在铝中的溶解度，增加了强化相的数量，提高了合金的强化效果；同时铜还能降低晶内和晶间的电位差，使腐蚀过程均匀进行，提高抗蚀性。

实施例二

制备20Kg含锌8.0％、镁3.0％、铜1.0％、钛0.25％，余量为铝的铝锌镁系合金。

采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为：纯锌1.88千克，纯镁0.75千克，铝铜合金0.40千克，铝钛合金1.00千克，纯铝16.72千克；步骤(5)中加入氯化铝35克进行除气精炼。

所得合金成份为：锌8.0％，镁3.0％，铜1.0％，钛0.25％，杂质总合量＜0.75％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为250MPa，T6处理后抗拉强度为302MPa，断后伸长率为6％。

实施例三

配制20Kg含锌6.0％、镁2.8％、铜1.5％、钛0.2％，余量为铝的铝锌镁系合金。

采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为：纯锌1.41千克，纯镁0.70千克，铝铜合金0.60千克，铝钛合金0.80千克，纯铝17.17千克。

所得合金成份为：锌6.0％，镁2.8％，铜1.5％，钛0.2％，杂质总含量＜0.75％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为255MPa，T6处理后抗拉强度为310MPa，断后伸长率为6％。

Claims (4)

1.一种铝锌镁系合金，含有铝、锌、镁、钛元素，其特征是它还含有铜元素，各组分的质量百分比为：锌6.0-8.0％，镁2.5-3.0％，铜1.0-1.5％，钛0.20-0.25％，杂质总含量＜0.75％，杂质中的铁＜0.3％，硅＜0.3％，锰＜0.15％；其余为铝。

2.根据权利要求1所述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤：

(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成份为：滑石粉+水玻璃；

(2).按照锌：6.0-8.0％，镁：2.5-3.0％，铜：1.0-1.5％，钛：0.20-0.25％，其余为铝的质量百分比计算并称取纯度大于等于99.7％的纯铝、纯度大于等于99.9％的纯锌、纯度大于等于99.95％的纯镁、铝铜及铝钛中间合金作为原料；

(3).在坩埚中依次装入铝锭、铝铜中间合金及铝钛中间合金，并随电阻炉一起升温，待全部熔化后，液面上撒一层由氯化钾和氯化镁组成的覆盖剂；

(4).当电阻炉升温至680-700℃时，在由氯化钾和氯化镁组成的覆盖剂覆盖下将锌块和镁块一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；

(5).当电阻炉升温至720-730℃，加入氯化铝或氯化锌进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；

(6).精炼结束后，静置5分钟，在690-710℃间扒渣浇注。

3.根据权利要求2所述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中，铝铜中间合金中各成分的质量百分比是：50％铜，50％铝；铝钛中间合金中各成分的质量百分比是：5％钛，95％铝。

4.根据权利要求2或3所述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(3)中所用覆盖剂的加入量为炉料总质量的3-4％，覆盖剂中各组分的质量百分比为氯化镁60％，氯化钾40％；步骤(5)中氯化铝或氯化锌的加入量为炉料总质量的0.15-0.2％。