專利名稱：一種高強韌擠壓鑄造Al-Zn系合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金材料，具體是指一種力學性能優(yōu)異的高強韌擠壓鑄造Ai-ai系合金材料。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車工業(yè)、軌道交通、航空、航天等工業(yè)對裝備的輕量化和高性能化提出了更高的要求。因此，鋁合金作為實現(xiàn)零件輕量化發(fā)展的重要材料，應(yīng)用范圍越來越廣，對性能的要求也越來越高。其中鑄造鋁合金的應(yīng)用倍受關(guān)注。通過優(yōu)化合金成分和選擇合適的成形工藝是提升鋁合金材料性能的重要途徑。目前，在高強韌鑄造鋁合金材料的研制中，研究得比較深入、應(yīng)用也比較成熟的是Al-Cu系鑄造鋁合金，國內(nèi)外比較典型的合金牌號有法國的A-U5GT合金、美國鋁協(xié)會的A201. 0和 206. 0合金及我國的ZL205A合金。這些合金雖然強度較高，但還存在著以下不足(1)塑性較差，無法承受大的沖擊載荷。鑄造性能較差，鑄造過程中合金的熱裂傾向大、流動性較差、補縮困難，因此一般采用砂型鑄造工藝，大大限制了合金的使用范圍及材料性能潛力的發(fā)揮。(2)為了獲得良好的性能，對雜質(zhì)元素的含量必須進行嚴格控制，如A-U5GT合金和A201. 0要求鐵控制在0. 1 %以下，硅控制在0. 05 %以下；206. 0合金要求鐵控制在 0. 15 %以下，如果用于航空裝備中的結(jié)構(gòu)件，雜質(zhì)鐵甚至要低于0. 07 %以下；ZL205A合金要求鐵控制在0. 15%以下，硅控制在0. 06%以下。(3)為了獲得良好的性能，還需要在這些合金中添加一些貴重合金元素，如美國鋁協(xié)會牌號201. 0合金(AlCu4AgMgMn)含有0. 40 1. 00%的銀，國標ZL205A合金中含有鎘等貴金屬，導致這些合金材料的成本較高，無法大規(guī)模應(yīng)用于日常生產(chǎn)。含有較多合金元素的Al-Si系合金，屬于變形鋁合金的一種，經(jīng)相應(yīng)熱處理后可以獲得很高的抗拉強度，但該合金在未經(jīng)后續(xù)塑性變形處理時，塑性不佳，大大限制了其應(yīng)用。擠壓鑄造是一種結(jié)合了鑄造和鍛造特點的成形工藝，可獲得晶粒細小、組織致密度高、力學性能優(yōu)良的鑄件。具有廣泛的適用性、技術(shù)上的先進性和經(jīng)濟上的低成本，是一種獲得高性能鑄件的高效液態(tài)成形技術(shù)。然而，利用擠壓鑄造成形工藝，通過多合金元素的優(yōu)化及添加鈦、硼、鋯、稀土等微量元素獲得高強韌的Ai-ai系合金，迄今未見文獻記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有擠壓鑄造鋁合金的不足，通過優(yōu)化合金成分設(shè)計和采用擠壓鑄造工藝開發(fā)出一種綜合力學性能優(yōu)良且鑄造成形性好的高強韌擠壓鑄造Ai-ai 系合金材料。從而經(jīng)濟高效地推動鑄造鋁合金零件的高性能化和輕量化發(fā)展。本發(fā)明的目的可以通過如下措施來實現(xiàn)一種高強韌擠壓鑄造Ai-ai系合金材料，其特征在于采用擠壓鑄造技術(shù)，其擠壓比壓為25 75Mpa，并采用固溶處理+人工時效工藝制備的高強韌擠壓鑄造Al-Si系合金；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為鋅6. 50 7. 50%，鎂2. 00 3. 00%，銅1. 80 2. 20%，微量合金強化元素0. 22 0. 60%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)；所述微量合金強化元素為鈦、硼、鋯、混合稀土，其成分及其質(zhì)量百分比含量為鈦0. 10 0. 20%，硼 0. 02 0. 05%，鋯 0. 05 0. 20%，混合稀土 0. 05 0. 15%。所述擠壓鑄造的擠壓比壓不低于50MPa。所述不可避免的雜質(zhì)元素鐵控制在0.2%以下，硅控制在0. 以下。該合金與國內(nèi)外同類合金相比，具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明通過優(yōu)化合金成分設(shè)計和采用擠壓鑄造工藝開發(fā)出一種綜合力學性能優(yōu)良且鑄造成形性好的高強韌擠壓鑄造Ai-ai系合金材料。該合金材料同時具有較高的強度、良好的塑性和流動性能，在相同的澆注條件下，其流動性能要優(yōu)于Al-Si-Cu合金。在擠壓比壓為75MPa，淬火+人工時效熱處理條件下，本發(fā)明實施例1、2、3獲得的合金材料的力學性能分別如表1、2、3所述，相對于高強度的鋁銅系鑄造鋁合金，具有更優(yōu)異的強度和塑性組合，因此可用于制造具有輕量化和減重要求的，諸如飛機機翼、轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿等結(jié)構(gòu)件， 在汽車、交通、航空、航天等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。2、本發(fā)明的擠壓鑄造Al-Si系合金材料的雜質(zhì)元素含量要求較低，雜質(zhì)元素鐵控制在0.2%以下，硅控制在0. 以下，因此，可以采用Al 99. 80%或Al 99. 70等重熔用工業(yè)純鋁錠為原材料，而不用采用高純鋁錠。同時，本發(fā)明合金含銅量在2.0%左右，遠低于一般含銅量在5. 0%左右的高強度鑄造鋁合金，此外，該合金中還不含銀、鎘等貴重金屬，因此本發(fā)明成本低于ZL205A、A201等高強韌鑄造鋁合金。3、本發(fā)明利用擠壓鑄造成形工藝，通過多合金元素的優(yōu)化獲得擠壓鑄造Al-Si系合金材料，成為開發(fā)具有高性能、低成本潛力的鋁合金材料的有效途徑，從而經(jīng)濟高效地推動了鑄造鋁合金零件的高性能化和輕量化發(fā)展。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明實施方式不僅限于此。實施例一本發(fā)明擠壓鑄造Al-Si系合金材料采用擠壓鑄造工藝，并采用固溶處理+人工時效工藝制備，步驟及其工藝如下步驟一配料成分
純鋁錠純鋅錠純鎂錠鋁銅合金鋁鋯合金鋁鈦硼合金
規(guī)格 Al 99.80 Zn 99.99 Mg 9990 50%Cu 10%Zr 5%Ti, 1%B
10%RE
質(zhì)量百分比用量 82.9% 6.80% 2.60% 4.20% 1.00% 2.00%
0.50%
鋁稀土合金步驟二 熔煉合金在石墨坩堝中進行熔煉，熔煉前預(yù)熱坩堝至暗紅，在爐溫為300-400°C時加入純鋁、A1-50CU中間合金、鋁鋯合金，在700°C時加入純鎂、純鋅，720°C時加入鋁鈦硼合金和鋁稀土合金，待其完全熔化后，精煉除氣，靜置幾分鐘除渣，攪拌均勻后于720°C進行澆注。步驟三擠壓鑄造擠壓鑄造用壓機100噸四柱液壓機，在直接擠壓鑄造模具上進行，擠壓比壓分別為25，50，75MPa，擠壓速度為0. 01 0. 03m/s，保壓30s左右，鑄件尺寸為長IOOmmX寬 80mm X 高 40mm。步驟四熱處理將鑄件切割成條形方塊進行熱處理，熱處理爐為帶鼓風機的電阻爐，溫控精度士 1°C。采用的熱處理工藝為T6，具體參數(shù)為470°C固溶M小時，室溫水淬，然后在160°C 下時效12小時。通過上述步驟獲得的擠壓鑄造A1-&1系合金材料，經(jīng)檢測其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為含有鋅6. 80%，鎂2.6%，銅2. 10%，鈦0. 10%、硼0. 02%、鋯0. 10%，混合稀土 0. 50 %，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)，其中鐵為0. 20 %，硅為0.10%。本實施例合金材料在不同比壓下的力學性能如表1所示。表1不同擠壓比壓下的合金力學性能
權(quán)利要求
1 . 一種高強韌擠壓鑄造Α -ai系合金材料，其特征在于采用擠壓鑄造技術(shù)，其擠壓比壓為25 75Mpa，并采用固溶處理+人工時效工藝制備的高強韌擠壓鑄造Al-Si系合金；主要成分及其質(zhì)量百分比含量為鋅6. 50 7. 50 %，鎂2. 00 3. 00 %，銅1. 80 2. 20 %， 微量合金強化元素0. 22 0. 60%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)；所述微量合金強化元素為鈦、硼、鋯、混合稀土，其成分及其質(zhì)量百分比含量為鈦0. 10 0. 20%，硼0. 02 0. 05%， 鋯 0. 05 0. 20%，混合稀土 0. 05 0. 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌擠壓鑄造Al-Si系合金材料，其特征在于所述擠壓鑄造的擠壓比壓不低于50MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強韌擠壓鑄造A1-&1系合金材料，其特征在于所述不可避免的雜質(zhì)元素鐵控制在0. 2%以下，硅控制在0. 以下。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高強韌擠壓鑄造鋁鋅鎂銅合金材料，該合金材料采用擠壓鑄造技術(shù)，其擠壓比壓為25～75Mpa，并采用固溶處理+人工時效工藝制備的高強韌擠壓鑄造Al-Zn系合金；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為鋅6.50～7.50％，鎂2.00～3.00％，銅1.80～2.20％，微量合金強化元素0.22～0.60％，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)本發(fā)明合金材料成分設(shè)計合理，綜合力學性能優(yōu)良、鑄造成形性好，且成本較低。可用于制造具有輕量化和減重要求的零件，諸如飛機機翼、轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿等結(jié)構(gòu)件，在汽車、交通、航空、航天等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C22C21/10GK102409206SQ20111037525
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者張衛(wèi)文, 張大童, 李元元, 羅江勇, 趙海東 申請人:華南理工大學