一種超高鋅含量的鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種超高鋅含量的鋁合金及其制備方法，屬于材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 常用的金屬結(jié)構(gòu)材料，鋁合金由于具有密度小，比強度高，耐腐蝕等諸多優(yōu)點，在 各個領(lǐng)域均得到了十分廣泛的應(yīng)用，但其強度與鋼和鈦合金等結(jié)構(gòu)材料相比，處于劣勢，這 也成為了制約鋁合金進一步發(fā)展的關(guān)鍵原因，因此，如何提高鋁合金的強度成為國內(nèi)外材 料工作者的重要任務(wù)之一。
[0003] Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金，又稱為7000系鋁合金，是航空航天工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料之 一，是目前已成功實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的各種變形鋁合金中強度最高的一類。由于其具有密度 低、強度高、熱加工性能好、耐腐蝕性能較好和成本低等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空航天和交 通運輸領(lǐng)域，在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。
[0004] 《中國有色金屬學(xué)報》2007年第3期第17卷曾刊載文章《六1-9.0211-2.51^-1.2〇1-0.12Sc-0.15Zr合金的組織和性能》，該文的核心思想是通過向Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中添 加 Sc元素的方式，采用鑄錠冶金法制備合金，并先后進行均勻化、擠壓、固溶以及時效處理， 從而提高合金的綜合力學(xué)性能。該合金擠壓型材在強化固溶+T6處理下，強度得到明顯的提 升，但伸長率降至不足6%。該合金雖然獲得較為理想的性能指標(biāo)，但多年以來，Sc元素添加 成本過高仍是限制這種方法進一步應(yīng)用推廣的最主要原因之一?？梢?，優(yōu)化合金成分設(shè)計 對于開發(fā)新型鋁合金的重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種采用水冷半連續(xù)鑄造的工藝，制備超高 鋅含量鋁合金的方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:參照Al-Zn-Mg-Cu相圖，采用極高的Zn含量，重新設(shè)計合金 成分。
[0007] 設(shè)計的合金成分為(wt · % ): Zn: 14-17 ;Mg: 1 · 5-4 · 5; Cu: 1 · 2-3 · 0; Zr: 0 · 08-0 · 16; Be:0.0002-0.002;Fe<0.15;Si <0.12;Cr<0.04;Ti <0.05;雜質(zhì)總量 <0·15;Α1 余量。
[0008] -種超高鋅含量的鋁合金制備方法，該方法包括以下步驟：
[0009] 按照如下合金成分進行配料(wt. % ):Zn:14-17，Mg:l .5-4.5, Cu:l. 2-3.0, Zr: 0 · 08-0 · 16，Be: 0 · 0002-0 · 002，A1 余量；
[0010] 將相對應(yīng)的精A1錠、Zn錠、Mg錠以及中間合金Al-Cu、Al-Zr和Al-Be在720°C條件下 進行融化；
[0011] 完全熔化后，溫度穩(wěn)定時經(jīng)過多層陶瓷熔體過濾技術(shù)和氯氬混合氣精煉技術(shù)處 理，在675-685°C溫度范圍內(nèi)進行同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造制坯；
[0012] 坯料經(jīng)均勻化后去皮，在400-420°C溫度范圍內(nèi)按擠壓比16進行擠壓；
[0013] 在465-470°C下進行固溶處理，之后進行冷水淬火，并在135°C下進行時效處理。
[0014] -種超高鋅含量的鋁合金，由上述的制備方法制得。
[0015] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造，結(jié)合多層陶瓷熔體 過濾技術(shù)和氯氬混合氣精煉技術(shù)，對Zn含量為14-17 %的超高強度的鋁合金進行制備，在保 證具有優(yōu)異內(nèi)部質(zhì)量(氫含量，雜質(zhì)含量和夾渣含量)的同時，順利實現(xiàn)對超高鋅含量鋁合 金鑄錠的成型，并具有優(yōu)秀的表面質(zhì)量;基體內(nèi)Zn元素含量和主要增強相MgZn 2的含量均得 到極大的提高。通過上述措施，該材料擠壓棒材經(jīng)熱處理后可以獲得890.OMPa以上的抗拉 強度，并保持8.0%的伸長率，這一綜合力學(xué)性能水平已經(jīng)遠超過普通鋁合金(400MPa~ 500MPa級）。
【具體實施方式】
[0016] 該合金制備選用較高品質(zhì)的原材料，保證鑄錠的質(zhì)量要求。按照如下合金成分進 行配料（wt. %):Zn:14-17;Mg:1.5-4.5 ;Cu:1.2-3.0;Zr:0.08-0.16 ;Be:0.0002-0.002;Al 余量。
[0017] 采取如下步驟進行材料制備：
[0018] 1.將精A1錠，Zn錠，Mg錠以及中間合金六1-(：1141-2廣六1-86在720°(3條件下進行融 化；
[0019] 2.合金完全熔化后，溫度穩(wěn)定時經(jīng)過多層陶瓷熔體過濾技術(shù)和在線氯氬混合氣精 煉技術(shù)處理，在675-685°C溫度范圍內(nèi)進行同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造制坯；
[0020] 3.坯料經(jīng)均勻化后，在400-420°C擠壓成φ 15mm的圓棒。
[0021 ] 實施例1
[0022] -、合金成分配比
[0023] L0024」 二、制備材料
[0025] 1.將精A1錠，Zn錠，Mg錠以及中間合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3條件下進行融 化；
[0026] 2.合金完全熔化后，溫度穩(wěn)定后經(jīng)過多層陶瓷熔體過濾技術(shù)和氯氬混合氣精煉技 術(shù)處理，在675_685°C溫度范圍內(nèi)進行同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造制坯；
[0027] 3.坯料經(jīng)均勻化后，在400-420°C擠壓成〇15mm的圓棒。
[0028] 三、性能測試
[0029]對最終獲得的擠壓棒材進行力學(xué)性能測試。其結(jié)果為： rnrnnl
[0031] 實施例2
[0032] -、合金成分配比
[0033]
[0034] 二、制備材料
[0035] 1.將精A1錠，Zn錠，Mg錠以及中間合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3條件下進行融 化；
[0036] 2.合金完全熔化后，溫度穩(wěn)定后經(jīng)過多層陶瓷熔體過濾技術(shù)和氯氬混合氣精煉技 術(shù)處理，在675_685°C溫度范圍內(nèi)進行同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造制坯；
[0037] 3.坯料經(jīng)均勻化后，在400-420°C擠壓成〇15mm的圓棒。
[0038] 三、性能測試
[0039]對最終獲得的擠壓棒材進行力學(xué)性能測試。其結(jié)果為：
[0040]
[0042] 實施例3 [0043] 一、合金成分配比
[0044]
[0045] 二、制備材料
[0046] 1.將精A1錠，Zn錠，Mg錠以及中間合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3條件下進行融 化；
[0047] 2.合金完全熔化后，溫度穩(wěn)定后經(jīng)過多層陶瓷熔體過濾技術(shù)和氯氬混合氣精煉技 術(shù)處理，在675-685°C溫度范圍內(nèi)進行同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造制坯；
[0048] 3.坯料經(jīng)均勻化后，在400-420°C擠壓成〇15mm的圓棒。
[0049] 三、性能測試
[0050] 對最終獲得的擠壓棒材進行力學(xué)性能測試。其結(jié)果為：
[0051]
【主權(quán)項】
1. 一種超高鋅含量的鋁合金制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 按照如下合金成分進行配料(》1%):211:14-17，]\% :1.5-4.5,〇1:1.2-3.0,2^0.08-0 · 16，Be: 0 · 0002-0 · 002，A1 余量； 將相對應(yīng)的精A1錠、Zn錠、Mg錠以及中間合金Al-Cu、Al-Zr和Al-Be在720°C條件下進行 融化； 完全熔化后，溫度穩(wěn)定時經(jīng)過多層陶瓷熔體過濾技術(shù)和氯氬混合氣精煉技術(shù)處理，在 675-685°C溫度范圍內(nèi)進行同水平熱頂水冷半連續(xù)鑄造制坯； 坯料經(jīng)均勻化后去皮，在400-420°C溫度范圍內(nèi)按擠壓比16進行擠壓； 在465-470°C下進行固溶處理，之后進行冷水淬火，并在135°C下進行時效處理。2. -種超高鋅含量的鋁合金，由權(quán)利要求1所述的制備方法制得。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金，其特征在于:按wt. %計算，Zn為14-17，Mg為1.5-4.5， Cu為1·2-3·0，Zr為0·08-0·16，Be為0·0002-0·002，F(xiàn)e< 0·15，Si< 0·12，Cr< 0·04，Ti< 0.05，雜質(zhì)總量<0.15 41余量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高鋅含量的鋁合金及其制備方法，屬于材料加工領(lǐng)域。常用的金屬結(jié)構(gòu)材料，鋁合金由于具有密度小，比強度高，耐腐蝕等諸多優(yōu)點，在各個領(lǐng)域均得到了十分廣泛的應(yīng)用，但其強度與鋼和鈦合金等結(jié)構(gòu)材料相比，處于劣勢，這也成為了制約鋁合金進一步發(fā)展的關(guān)鍵原因，因此，如何提高鋁合金的強度成為國內(nèi)外材料工作者的重要任務(wù)之一。本發(fā)明提出一種采用水冷半連續(xù)鑄造的工藝，制備超高鋅含量鋁合金的方法。
【IPC分類】C22C1/03, C22C1/06, C22C21/10, C22F1/053
【公開號】CN105483475
【申請?zhí)枴緾N201510897496
【發(fā)明人】楊守杰, 于海軍, 王玉靈, 戴圣龍
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月8日