一種超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法，屬于超強(qiáng)鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，鋁合金中，鋅的質(zhì)量百分比為8.8～9.4％，鎂的質(zhì)量百分比為2.75～2.85％，銅的質(zhì)量百分比為1.8～2.2％，鋯的質(zhì)量百分比為0.25～0.55％，鍶的質(zhì)量百分比為0～0.025％，余量為鋁，并且合金元素中Zn和Mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值應(yīng)滿足3≤WtZn/WtMg≤4，Mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)WtMg應(yīng)滿足2％≤WtMg≤3％。該合金的制備工藝依次包括：熔鑄、均質(zhì)化退火、熱擠壓、固溶處理、時(shí)效處理，所得的鋁合金抗拉強(qiáng)度在770MPa級(jí)，同時(shí)延伸率保持在7.0％以上，工藝簡單，成本低，更利于產(chǎn)業(yè)化。
【專利說明】
一種超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于金屬合金領(lǐng)域，尤其涉及一種770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是典型的輕量化材料，具有密度低、強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕、易加工、易回收、制造成本低、可依托的基礎(chǔ)工業(yè)實(shí)力強(qiáng)、軍民融合性好等特點(diǎn)，其綜合性能或某一重要單項(xiàng)性能的跨越式提升，對于不同時(shí)期先進(jìn)裝備的發(fā)展，起到了非常有力的支撐作用。長期以來，研制強(qiáng)度級(jí)別更高、綜合性能更加平衡優(yōu)化的鋁合金一直是一個(gè)非常重要的研究課題，它關(guān)系到一個(gè)國家的航空航天、武器裝備、通用產(chǎn)業(yè)、資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域的發(fā)展水平，一直是國際上競爭最激烈的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。
[0003]20世紀(jì)90年代中期，發(fā)達(dá)國家采用噴射成形快速凝固技術(shù)成功地開發(fā)出了750MPa強(qiáng)度級(jí)超強(qiáng)鋁合金，其典型合金為RSA7034(A1-1 lZn-2.3Mg_lCu)，走在了世界前列。但是，噴射成形快速凝固技術(shù)制備難以制備大型錠坯鋁合金，并且價(jià)格高昂，限制了其應(yīng)用。
[0004]中國專利CNlO1338391公布了一種具有高強(qiáng)度高延韌性快速凝固塊體鋁合金及其制備方法，但是這種快速凝固塊體鋁合金雖然強(qiáng)度高，但是制備工藝為噴射成形快速凝固技術(shù)，成本很高，且這種技術(shù)只能制備毫米級(jí)的塊體鋁合金，基本上無法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。
[0005]中國專利CN102127665公布了一種可作為超高強(qiáng)鑄造鋁合金使用的Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr-RE合金及其制備方法，其中RE為Er或者Yb這兩種稀有金屬元素，這兩種元素為稀土金屬元素，價(jià)格相對昂貴，原料成本較高，同時(shí)這種方法制備的鋁合金最高抗拉強(qiáng)度能達(dá)到605MPa，與國際先進(jìn)水平相比沒有實(shí)質(zhì)性突破。
[0006]中國專利CN103993211公開了一種720-750MPa超高強(qiáng)非快速凝固鋁合金及其制備方法，這種鋁合金的強(qiáng)度能夠達(dá)到720-750MPa，但是專利只給出了合金的成分，對主合金元素含量之間的關(guān)系并沒有進(jìn)行限定，具有一定的局限性，而且這種合金需經(jīng)過熔鑄-均質(zhì)化退火-熱擠壓-預(yù)回復(fù)退火-固溶處理-預(yù)變形-時(shí)效處理，處理工藝多達(dá)七道，工藝相對繁瑣，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，而且其中有些工藝還存在優(yōu)化的空間。
[0007]到目前為止，尚未有一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法可供使用，這一定程度上制約了我國航空航天、武器裝備等工業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是通過成分設(shè)計(jì)和制備技術(shù)設(shè)計(jì)，發(fā)明一種770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]一種770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金，其特征在于:本鋁合金主要由鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)、鋯(Zr)和鍶(Sr)組成，其中，鋅(Zn)的質(zhì)量百分比為8.8?9.4%，鎂(Mg)的質(zhì)量百分比為2.75?2.85%，銅(Cu)的質(zhì)量百分比為1.8?2.2%，鋯(Zr)的質(zhì)量百分比為0.25?0.55%，鍶(Sr)的質(zhì)量百分比為O?0.025%，余量為鋁，并且只有保證合金元素中Zn和Mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值滿足3彡WtZn/WtMg<4，Mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Wtiwg滿足2%彡WtMg<3%，才能使得合金中的主要ZnMg強(qiáng)化相取得最大的強(qiáng)化效果。
[0011]一種770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金的制備方法，其特征是它依次包括:熔鑄一均質(zhì)化退火一熱擠壓一固溶處理一時(shí)效處理。
[0012]所述的熔鑄:其過程為根據(jù)成分設(shè)計(jì)，稱量各原料，其中Cu、Zr、Sr三種元素的加入使用Al-Cu、Al-Zr、Al-Sr中間合金，Al、Zn、Mg均使用單質(zhì)，熔煉的具體順序是先將稱量好的Al、Zn、Al-Cu、Al-Zr、Al-Sr置于熔煉爐中熔煉，熔煉溫度為900°C，待這五種原料熔化后用鈦合金棒攪拌均勻，靜置3min，再加入六氯乙烷和氬氣精煉除氣直至沒有氣體逸出，為了減少M(fèi)g在熔煉時(shí)的燒損，將爐溫降至800 0C，再加入Mg，且Mg要用鋁箔包裹，為了防止Mg密度低，漂浮在其他液體合金上，用鈦合金容器一直壓入液體合金底部，靜置保溫5min后用鈦合金棒攪拌，再加入六氯乙烷和氬氣精煉除氣直至沒有氣體逸出，再將爐溫升至850°C，保溫1min，最后澆鑄成錠。
[0013]所述的均質(zhì)化退火:其特征是退火機(jī)制為420°C X6h+440°C X6h+460°C X6h+465°C X 12h，退火終端溫度較高，能使得合金內(nèi)部的成分更加均勻。
[0014]所述的熱擠壓:其特征是其工藝為將均質(zhì)化退火后的合金加熱至480°C并保溫Sh后進(jìn)行擠壓比為10:1的擠壓，這種適中的擠壓比能減少合金內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。
[0015]所述的固溶處理:其特征是固溶機(jī)制為4500C X 2h+460 V X 2h+470 V X 2h保溫后室溫水淬，水淬轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過I Os。
[0016]所述的時(shí)效處理:其特征是其工藝為T6時(shí)效，時(shí)效機(jī)制為121°C X24h。
[0017]即可獲得770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019](I)本發(fā)明獲得了一種770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金的成分及其制備方法相比于已經(jīng)公開的專利，成分上區(qū)別明顯，且成分區(qū)間更加精確，并且明確給出了合金中主要合金元素含量之間的關(guān)系，工藝上更加科學(xué)合理，尤其是熔煉，均質(zhì)化退火和熱擠壓工藝，更加科學(xué)的成分設(shè)計(jì)和工藝的優(yōu)化共同提高了鋁合金的強(qiáng)度。而且從整體上看工藝明顯簡化，為產(chǎn)業(yè)化打下基礎(chǔ)。
[0020](2)本發(fā)明獲得的770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金的成分及其制備方法，合金強(qiáng)度高，同時(shí)延伸率仍能保持在7%以上，與現(xiàn)有的噴射成形快速凝固技術(shù)只能制造毫米級(jí)的塊狀鋁合金相比，本技術(shù)能夠生產(chǎn)制造更大的高強(qiáng)鋁合金制品，更具有使用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0022]實(shí)施例一
[0023]制備770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金Al-9.0lZn-2.79Mg_2.14Cu_0.52Zr-0.025Sr,fftzn/fftMg = 3.23，且 WtMg = 2.79%,滿足3 彡 WtZn/WtMg彡 4，2 % 彡 WtMg 彡 3 %，其制備工藝如下:
[0024](I)熔鑄:根據(jù)上述成分設(shè)計(jì)，稱量各原料，其中Cu、Zr、Sr三種元素的加入使用Al-Cu、Al-Zr、Al-Sr中間合金，六1、211、1^均使用單質(zhì)，熔煉的具體順序是先將稱量好的41、211、Al-Cu、Al-Zr、Al-Sr置于熔煉爐中熔煉，熔煉溫度為900°C，待這五種原料熔化后用鈦合金棒攪拌均勻，靜置3min，再加入六氯乙烷和氬氣精煉除氣直至沒有氣體逸出，為了減少M(fèi)g在熔煉時(shí)的燒損，將爐溫降至800°C，再加入Mg，且Mg要用鋁箔包裹，為了防止Mg密度低，漂浮在其他液體合金上，用鈦合金容器一直壓入液體合金底部，靜置保溫5min后用鈦合金棒攪拌，再加入六氯乙烷和氬氣精煉除氣直至沒有氣體逸出，再將爐溫升至850°C，保溫lOmin，最后澆鑄成錠。
[0025](2)均質(zhì)化退火:將上一步獲得的鑄錠進(jìn)行均質(zhì)化退火，退火機(jī)制為420°C X6h+440 °C X 6h+460 °C X 6h+465°C X 12h。
[0026](3)熱擠壓:將均質(zhì)化退火后的合金加熱至480°C并保溫8h后進(jìn)行擠壓比為10:1的擠壓，得到擠壓棒材。
[0027](4)固溶處理:將上一步獲得的擠壓棒材進(jìn)行固溶處理，固溶機(jī)制為450°C X 2h+460°C X2h+470°C X2h保溫后室溫水淬，水淬轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過10s。
[0028](5)時(shí)效處理:將上一步得到的固溶處理后的棒材進(jìn)行T6時(shí)效處理，時(shí)效機(jī)制為121°C X24ho
[0029]經(jīng)過上述步驟即獲得所述的鋁合金，經(jīng)過強(qiáng)度拉伸實(shí)驗(yàn)，測得本合金抗拉強(qiáng)度為770.1MPa，延伸率為8.2%。
[0030]實(shí)施例二
[0031 ] 制備770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金Al-9.34Zn_2.84Mg_2.17Cu_0.29Zr-0.025Sr,fftzn/fftMg = 3.29，且 WtMg = 2.84%,滿足 3 彡 WtZn/WtMg 彡 4，2 % 彡 WtMg 彡 3 %，其制備工藝與實(shí)施例一相同，本實(shí)施例獲得的鋁合金，經(jīng)過強(qiáng)度拉伸實(shí)驗(yàn)，測得最高抗拉強(qiáng)度為780.810^，延伸率為7%。
[0032]實(shí)施例三
[0033]制備770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金Al-8.89Zn_2.82Mg_l.85Cu_0.31Zr-0.025Sr，Wtzn/fftMg = 3.15,且 WtMg = 2.82%,滿足 3 彡 WtZn/WtMg 彡 4，2 % 彡 WtMg 彡 3 %，其制備工藝與實(shí)施例一相同，本實(shí)施例獲得的鋁合金，經(jīng)過強(qiáng)度拉伸實(shí)驗(yàn)，測得抗拉強(qiáng)度為776.4MPa，延伸率為7.8 %。
[0034]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述實(shí)例適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各組份的配比并嚴(yán)格按上述步驟進(jìn)行制造即可獲得理想的770MPa級(jí)超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金及其制備方法。
[0035]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金，所述鋁合金的抗拉強(qiáng)度不低于770Mpa，同時(shí)延伸率仍能保持在7%以上，所述鋁合金的成分由鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)、鋯(Zr)和鍶(Sr)組成，其特征在于:鋅(Zn)的質(zhì)量百分比為8.8?9.4%，鎂(Mg)的質(zhì)量百分比為2.75?2.85%，銅(Cu)的質(zhì)量百分比為1.8?2.2%，鋯(Zr)的質(zhì)量百分比為0.25?0.55% AS(Sr)的質(zhì)量百分比為O?0.025%，余量為鋁，并且合金元素中Zn和Mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值應(yīng)滿足3彡WtZn/WtMg彡4，Mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)WtMg應(yīng)滿足2%彡WtMg彡3%。2.如權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金的制備方法，步驟依次包括:熔鑄一均質(zhì)化退火一熱擠壓一固溶處理一時(shí)效處理，其特征是， 所述的熔鑄，其過程為:根據(jù)成分設(shè)計(jì)，稱量各原料，其中Cu、Zr、Sr三種元素的加入使用Al-Cu、Al-Zr、Al-Sr中間合金，Al、Zn、Mg均使用單質(zhì)，恪煉的具體順序是先將稱量好的Al、Zn、Al-Cu、Al-Zr、Al-Sr置于熔煉爐中熔煉，熔煉溫度為900°C，待這五種原料熔化后用鈦合金棒攪拌均勻，靜置3min，再加入六氯乙烷和氬氣精煉除氣直至沒有氣體逸出，為了減少M(fèi)g在熔煉時(shí)的燒損，將爐溫降至800 0C，再加入Mg，且Mg要用鋁箔包裹，為了防止Mg密度低，漂浮在其他液體合金上，用鈦合金容器將Mg—直壓入液體合金底部，靜置保溫5min后用鈦合金棒攪拌，再加入六氯乙烷和氬氣精煉除氣直至沒有氣體逸出，再將爐溫升至850°C，保溫I Omin，最后澆鑄成錠； 所述的均質(zhì)化退火:退火機(jī)制為420°C X6h+440°C X6h+460°C X6h+465°C X 12h； 所述的熱擠壓，其工藝為:將均質(zhì)化退火后的合金加熱至480°C并保溫8h后進(jìn)行擠壓比為10:1的擠壓。3.如權(quán)利要求2所述的一種超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金的制備方法，其特征是:所述的固溶處理，固溶機(jī)制為4500C X 2h+460 V X 2h+470 V X 2h保溫后室溫水淬，水淬轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過10s。4.如權(quán)利要求2所述的一種超高強(qiáng)度非快速凝固鋁合金的制備方法，其特征是:所述的時(shí)效處理，其特征是其工藝為T6時(shí)效，時(shí)效機(jī)制為121°C X 24h0
【文檔編號(hào)】C22F1/053GK105908029SQ201610432186
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】許曉靜, 朱金鑫, 丁清, 吳瑤, 孫良省, 談成, 張香麗, 楊帆, 杜東輝
【申請人】江蘇大學(xué)