本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金及其制備方法。該合金由鋁、鋅、鎂、銅、鈧和鋯組成。其制備過(guò)程包括：按合金元素質(zhì)量比進(jìn)行投料，采用電磁感應(yīng)熔煉方法熔煉合金澆鑄成鑄錠，然后經(jīng)過(guò)車削加工成20mm鑄板、均勻化處理、軋制加工成3.7mm軋板、固溶、室溫水淬火和時(shí)效處理過(guò)程，得到含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金。本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為制備方法簡(jiǎn)單，所制得的合金強(qiáng)度高，與成分相當(dāng)?shù)拿绹?guó)商用7075合金在T62狀態(tài)的拉伸性能相比，本發(fā)明專利技術(shù)的合金在保持延伸率相當(dāng)?shù)那疤嵯拢估瓘?qiáng)度提高了24%，屈服強(qiáng)度提高了32%。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種，屬于有色金屬材料
。
技術(shù)介紹
Al-Zn-Mg合金屬可熱處理強(qiáng)化合金。由于其具有密度低、強(qiáng)度高、良好的可加工性而廣泛應(yīng)用于汽車、建筑及航空航天等諸多領(lǐng)域。隨著高科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)鋁合金材料已不能滿足部分高科技領(lǐng)域工程設(shè)計(jì)和先進(jìn)加工工藝在材料力學(xué)性能和加工性能上的要求。為了進(jìn)一步提高Al-Zn-Mg合金的力學(xué)性能和改善加工性能，稀土微合金化方法的應(yīng)用和優(yōu)化受到金屬材料學(xué)者的廣泛關(guān)注。Al-Zn-Mg系合金屬高強(qiáng)鋁合金，時(shí)效析出強(qiáng)化是其主要的強(qiáng)化方法。該系鋁合金時(shí)效時(shí)常見(jiàn)的析出序列為:α過(guò)飽和固溶體一 GP區(qū)一 V相一 η相，即首先形成過(guò)飽和固溶體，然后溶質(zhì)原子繼續(xù)富積形成GP區(qū)，再形成不穩(wěn)定的金屬化合物V相，最后不穩(wěn)定的V相轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的H相。鈧(Sc)元素屬化學(xué)周期表中第4周期第III B族，為過(guò)渡金屬元素。已有的工作表明，鈧對(duì)鋁合金的細(xì)化晶粒效果要優(yōu)于傳統(tǒng)鋁合金細(xì)化劑，并且鈧可以與鋁發(fā)生反應(yīng)生成Al3Sc粒子，可以釘扎位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高合金的再結(jié)晶溫度和合金強(qiáng)度。此外，鈧的加入還可以顯著改善鋁合金的可焊性、耐蝕性和超塑性等使用性能。 自20世紀(jì)70年代起，前蘇聯(lián)和俄羅斯在鈧的生產(chǎn)和應(yīng)用方面做了大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，其在研發(fā)鋁鈧合金方面居世界領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)方面，中南大學(xué)和東北大學(xué)開(kāi)展了許多關(guān)于鋁鈧合金的研究工作。但由于鈧成本較高，阻礙其大范圍應(yīng)用，當(dāng)向鋁鈁合金中再加入微量鋯后，不僅使合金成本降低，而且復(fù)合微合金化也使鋁合金性能得到提升。YingDeng 等(Journal of Alloys and Compounds 530 (2012) 71-80)研究了 Al-5.40Zn_2.00Mg、Al-5.40Zn-2.0OMg-0.1OSc-0.1OZr 和 Al-5.4Zn_2.0Mg- 0.25Sc_0.1OZr 三種合金在組織結(jié)構(gòu)與性能上的差異。研究結(jié)果表明，當(dāng)Zr含量為0.1%時(shí)，而當(dāng)Sc量為0.25%時(shí)，鑄態(tài)組織會(huì)產(chǎn)生晶粒細(xì)化效果；當(dāng)Zr含量為0.1%時(shí)，合金中0.1%和0.25%的合金中的都會(huì)產(chǎn)生阻礙再結(jié)果的作用，并且隨含鈧量的增加，阻礙再結(jié)果作用增強(qiáng)；微量添加Sc和Zr不會(huì)對(duì)合金主體成分Al-Zn-Mg的沉淀序列產(chǎn)生影響。通過(guò)已發(fā)表的文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn),不含銅或含銅量較少(0.3wt%)的Al-Zn-Mg合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均處于600MPa以下，有必要開(kāi)發(fā)性能更高的新型Al-Zn-Mg合金。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種。該合金強(qiáng)度高，其制備方法簡(jiǎn)單。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金，其特征在于，該合金是由下列合金元素及其質(zhì)量含量組成:鋅:6.0~8.0% ;鎂:2.0~3.0% ;銅:0.1-θ.3% ;鈧:0.1-θ.4% ;鋯:0.1-θ.4% ;余量為鋁。上述成分的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金的制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程: (1)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的招錠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的純鋅錠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的鎂錠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的銅錠、Al_2wt.%Sc和Al_5wt.%Zr中間合金錠為熔煉原料，按鋁錠、鋅錠、鎂錠、銅錠、Al-2wt.%Sc中間合金錠和Al-5wt.%Zr中間合金錠的質(zhì)量比為(0.65~0.75):(0.06~0.08):(0.03~0.04):(0.003~0.004):(0.10~0.20):(0.04、.08)，采用電磁感應(yīng)熔煉方法熔煉合金，熔煉溫度控制在68(T720°C，并在真空氣氛環(huán)境下澆鑄成鑄錠； (2)將步驟(1)得到的鑄錠車削加工成20mm厚的鑄板； (3)將鑄板在箱式爐內(nèi)在溫度為465~475°C進(jìn)行均勻化處理12h； (4)將均勻化處理后的板材先進(jìn)行450°C溫度下預(yù)熱2h，然后在450°C溫度下熱軋至6mm軋板,再經(jīng)溫度為400°C下中間退火2h,自然冷卻至25°C室溫后,冷軋至3.7mm厚； (5)將步驟(4)制得的冷軋板在溫度470°C進(jìn)行Ih固溶處理，然后進(jìn)行淬火處理冷卻至室溫，淬火介質(zhì)為室溫水，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間為2(T30s，之后在溫度為120°C進(jìn)行24h時(shí)效處理，得到含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:制備方法簡(jiǎn)單，所制得的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金鑄態(tài)晶粒細(xì)化效果明顯，鑄態(tài)組織不存在枝晶，具有高的強(qiáng)度、良好的延伸率和很高的屈強(qiáng)t匕。與成分相當(dāng)?shù)拿绹?guó)商用7075合金在T62狀態(tài)的拉伸性能相比，本專利技術(shù)合金在保持延伸率相當(dāng)?shù)那疤嵯拢估瓘?qiáng)度提高了 24%，屈服強(qiáng)度提高了 32%。【附圖說(shuō)明】圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1所制得的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金鑄態(tài)金相組織照片。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例1所制得的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金鑄態(tài)掃描形貌照片。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例1所制得的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金軋制加工后縱截面的金相照片。圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例1所制得的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金時(shí)效處理后的透射照片。圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所制得的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金時(shí)效態(tài)的硬度值柱狀圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本專利技術(shù)，這些實(shí)施例只用于說(shuō)明本專利技術(shù)，并不限制本專利技術(shù)。實(shí)施例1 (I)配制IOKg含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金需稱取出的各熔煉原料分別為:純度大于99.9%的鋁錠7.41Kg、純度大于99.9%的鋅錠0.72Kg、純度大于99.9%的鎂錠0.27Kg、純度大于99.9%的銅錠0.03Kg、Al-2wt.%Sc中間合金1.02Kg和Al_5wt.%Zr中間合金0.82Kg,采用電磁感應(yīng)熔煉方法熔煉合金，熔煉溫度控制在70(T720°C，并在真空氣氛環(huán)境下澆鑄成鑄錠。(2)將步驟(1)得到的鑄錠車削加工成800mmX200mmX20mm的鑄板； (3)將鑄板在箱式爐內(nèi)在溫度為465~475°C進(jìn)行均勻化處理12h； (4)將均勻化處理后的板材先進(jìn)行450°C溫度下預(yù)熱2h，然后在450°C溫度下熱軋至6mm軋板,再經(jīng)溫度為400°C下中間退火2h,自然冷卻至25°C室溫后,冷軋至3.7mm厚； (5)將步驟(4)制得的冷軋板在溫度470°C進(jìn)行Ih固溶處理，然后進(jìn)行淬火處理冷卻至室溫，淬火介質(zhì)為室溫水，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間為2(T30s，之后在溫度為120°C進(jìn)行24h時(shí)效處理，得到含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金。本實(shí)例制得到 的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金，其室溫抗拉強(qiáng)度為667MPa，屈服強(qiáng)度為627MPa，延伸率為8.3%，屈強(qiáng)比為0.94。實(shí)施例2 本實(shí)施例制備方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于投料量變化。配制IOKg含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金需稱取出的各熔煉原料分別為:純度大于99.9%的鋁錠7.10Kg、純度大于99.9%的鋅錠0.72Kg、純度大于99.9%的鎂錠0.27Kg、純度大于99.9%的銅錠0.03Kg、Al-2wt.%Sc 中間合金 1.53Kg 和 Al-5wt.%Zr 中間合本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種含鈧高強(qiáng)度的Al?Zn?Mg?Zr合金，其特征在于，該合金是由下列合金元素及其質(zhì)量含量組成：鋅：6.0~8.0%；鎂：2.0~3.0%；銅：0.1~0.3%；鈧：0.1~0.4%；鋯：0.1~0.4%；余量為鋁。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金，其特征在于，該合金是由下列合金元素及其質(zhì)量含量組成:鋅:6.0~8.0% ;鎂:2.0~3.0% ;銅:0.1~0.3% ;鈧:0.1~θ.4% ;鋯:0.1~θ.4% ；余量為招。2.一種按權(quán)利要求1所述的含鈧高強(qiáng)度的Al-Zn-Mg-Zr合金的制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程: (1)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的招錠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的純鋅錠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的鎂錠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9wt.%的銅錠、Al_2wt.%Sc和Al_5wt.%Zr中間合金錠為熔煉原料，按鋁錠、鋅錠、鎂錠、銅錠、Al-2wt.%Sc中間合金錠和Al-5wt.%Zr中間合金錠的質(zhì)量比為(0.7 ~0.8):(0.05 ~0.06):(0.01 ~0....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙乃勤，李根，李家俊，師春生，何春年，劉恩佐，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：天津;12
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