一种高锌含量的铝合金及其制备方法
一种高锌含量的铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。
【背景技术】
[0002] 近些年来，绿色可持续发展深入人心，在工业生产中如何节约能源，提高效率，缩 短工艺流程，同时降低能耗与污染，越来越成为人们关注的焦点。因此，各个行业对材料的 标准要求逐步向超高强度，超轻质量方向进行转变，这一需求在航空航天等军事领域尤其 突出。在提供同样承载能力的条件下，材料的强度越高，代表着需要的支撑材料越少，从而 使得总体质量得到减轻，因此，材料的强韧化和轻量化成为航空工业领域孜孜不倦的追求 目标。
[0003] 《中国有色金属学报》2015年第4期第25卷上曾刊载文章《高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系 铝合金的凝固态显微组织》，该文章主要对几种Zn元素含量在8.5-9.5 %的铝合金（法系 7449、7056，美系7136、7095)的凝固状态组织进行研究。上述合金的凝固状态组织除了受到 材料的化学成分影响外，由于铸造工艺决定了熔体的传热、传质和熔体流动等，因此成为决 定其最终显微组织的重要因素。由此可见，先进的铸造技术对铝合金产品研发的重要作用。
[0004] 据查询，中国专利"CN201110438962. Γ公开了 一种通过添加 TaC实现制备高强度 铝合金的方法。该合金的成分为(界1%):]\^:0.45-0.9 ;了3:0.8-1.8;(：:0.8-1.8;310.2-0.6;Cu<0.1 ;Zn<0.1;Fe<0.35;Mn<0.1;Cr<0.1;Ti <0.1;杂质总量 <0.15,余量为A1。 该方法是在变形铝合金中加入粉末状的Ta和C元素，从而在合金的凝固过程中，有效地增加 了异质形核核心，达到细化晶粒的作用，提高合金强度;此外，加入粉末状的Ta和C元素可以 起到促进形成间隙原子和间隙相的作用，其在高温条件下，在α-Al固溶体中溶解度较大，而 在室温时却很小，从而使得合金具有较高的可热处理性质。但是，此方法对于提高合金的综 合力学性能十分有限，无法达到超高强度铝合金的标准要求。可见，优化合金成分设计对改 善合金综合力学性能的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:提出一种采用水冷半连续工艺制备高锌含量铝合 金的方法。
[0006] 本发明的技术解决方案是，参照Al-Zn-Mg-Cu相图，采用高的Zn含量，重新设计合 金成分。
[0007] 设计的合金成分为(￥1%):211:11.5-13.5;]\^:1.3-3.5 ;〇1:1.0-2.5;2『:0.08-0.16 ;Be:0.0002-0.002;Fe<0.15;Si <0.12;Cr<0.04;Ti <0.05;杂质总量 <0·15;Α1 余 量。
[0008] -种高锌含量的铝合金制备方法，该方法包括以下步骤：
[0009] 按照如下合金成分进行配料(wt · % ): Zn: 11 · 5-13 · 5，Mg: 1 · 3-3 · 5，Cu: 1 · 0-2 · 5， Zr :0.08-0.16，Be :0.0002-0.002，A1 余量；
[0010] 将相对应的精A1锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-Zr、和Al-Be在720°C条件 下进行融化；
[0011] 完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处 理，在675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0012] 坯料经均匀化后去皮，在400-420°C温度范围内按挤压比4/1进行挤压；
[0013] 在465-470°C下进行固溶处理，之后进行冷水淬火，并在135°C下进行时效处理。
[0014] -种高锌含量的铝合金，由上述的制备方法制得。
[0015] 材料在拉伸试验机上进行室温拉伸试验，材料最终抗拉强度，屈服强度和伸长率 分别可达850.0Mpa，83(h0Mpa，9.0%&S。
[0016] 本发明的有益效果:本发明采用同水平热顶水冷半连续铸造，结合多层陶瓷熔体 过滤技术和氯氩混合气精炼技术，对Zn含量为11.5-13.5%的超高强度的铝合金进行制备， 在保证具有优异内部质量(氢含量，杂质含量和夹渣含量）的同时，顺利实现对高锌含量铝 合金铸锭的成型，并具有优秀的表面质量;基体内Zn元素含量和主要增强相MgZn 2的含量均 得到极大的提高。通过上述措施，该材料挤压棒材经热处理后可以获得850.0 MPa以上的抗 拉强度，并保持9.0 %的伸长率，这一综合力学性能水平已经远超过普通的7050、7055等铝 合金。
【具体实施方式】
[0017] 该合金制备选用较高品质的原材料，保证铸锭的质量要求。按照如下合金成分进 行配料（wt. % ) :Zn: 11.5-13.5;Mg: 1.3-3.5;Cu: 1.0-2.5;Zr:0.08-0.16;Be:0.0002-0.002; A1余量。采取如下步骤进行材料制备：
[0018] 1.将精A1锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-CU、A1-Zr和Al-Be在720°C条件下进行融 化；
[0019] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0020] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成φ 15mm的圆棒。
[0021] 实施例1
[0022] 一、合金成分配比
[0023]
[0025] 二、制备材料
[0026] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3条件下进行融 化；
[0027] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675_685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0028] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成Φ 15mm的圆棒。
[0029] 三、性能测试
[0030]对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0031]
[0032] 实施例2 [0033] 一、合金成分配比
[0034]
[0035] 二、制备材料
[0036] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3条件下进行融 化；
[0037] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0038] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成Φ 15mm的圆棒。
[0039] 三、性能测试
[0040] 对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0041]
[0042] 实施例3
[0043] 一、合金成分配比
[0044]
[0045] 二、制备材料
[0046] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3条件下进行融 化；
[0047] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675_685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0048] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成Φ 15mm的圆棒。
[0049] 三、性能测试
[0050]对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0051]
【主权项】
1. 一种高锌含量的铝合金制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 按照如下合金成分进行配料(wt· % ):Zn: 11 · 5-13 · 5，Mg: 1 · 3-3 · 5，Cu: 1 · 0-2 · 5，Zr: 0 · 08-0 · 16，Be: 0 · 0002-0 · 002，A1 余量； 将相对应的精A1锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-ZrAl-Be在720°C条件下进行 融化； 完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在 675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯； 坯料经均匀化后去皮，在400-420°C温度范围内按挤压比4/1进行挤压； 在465-470°C下进行固溶处理，之后进行冷水淬火，并在135°C下进行时效处理。2. -种高锌含量的铝合金，由权利要求1所述的制备方法制得。3.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于:按wt. %计算，Zn为11.5-13.5，Mg为1.3_ 3·5，Cu为1·0-2·5，Zr为0·08-0·16，Be为0·0002-0·002，Fe < 0·15，Si < 0·12，Cr < 0·04，Ti <0.05，杂质总量<0.15 41余量。
【专利摘要】本发明涉及一种高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。各个行业对材料的标准要求逐步向超高强度，超轻质量方向进行转变，这一需求在航空航天等军事领域尤其突出。在提供同样承载能力的条件下，材料的强度越高，代表着需要的支撑材料越少，从而使得总体质量得到减轻。由于铸造工艺决定了熔体的传热、传质和熔体流动等，因此成为决定其最终显微组织的重要因素。本发明采用同水平热顶水冷半连续铸造，结合多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术，对Zn含量为11.5-13.5％的超高强度的铝合金进行制备，在保证具有优异内部质量的同时，顺利实现对高锌含量铝合金铸锭的成型，并具有优秀的表面质量。
【IPC分类】C22C1/03, C22F1/053, C22C21/10
【公开号】CN105441755
【申请号】CN201510896987
【发明人】杨守杰, 于海军, 王玉灵, 戴圣龙
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月8日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。
【背景技术】
[0002] 近些年来，绿色可持续发展深入人心，在工业生产中如何节约能源，提高效率，缩 短工艺流程，同时降低能耗与污染，越来越成为人们关注的焦点。因此，各个行业对材料的 标准要求逐步向超高强度，超轻质量方向进行转变，这一需求在航空航天等军事领域尤其 突出。在提供同样承载能力的条件下，材料的强度越高，代表着需要的支撑材料越少，从而 使得总体质量得到减轻，因此，材料的强韧化和轻量化成为航空工业领域孜孜不倦的追求 目标。
[0003] 《中国有色金属学报》2015年第4期第25卷上曾刊载文章《高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系 铝合金的凝固态显微组织》，该文章主要对几种Zn元素含量在8.5-9.5 %的铝合金（法系 7449、7056，美系7136、7095)的凝固状态组织进行研究。上述合金的凝固状态组织除了受到 材料的化学成分影响外，由于铸造工艺决定了熔体的传热、传质和熔体流动等，因此成为决 定其最终显微组织的重要因素。由此可见，先进的铸造技术对铝合金产品研发的重要作用。
[0004] 据查询，中国专利"CN201110438962. Γ公开了 一种通过添加 TaC实现制备高强度 铝合金的方法。该合金的成分为(界1%):]\^:0.45-0.9 ;了3:0.8-1.8;(：:0.8-1.8;310.2-0.6;Cu<0.1 ;Zn<0.1;Fe<0.35;Mn<0.1;Cr<0.1;Ti <0.1;杂质总量 <0.15,余量为A1。 该方法是在变形铝合金中加入粉末状的Ta和C元素，从而在合金的凝固过程中，有效地增加 了异质形核核心，达到细化晶粒的作用，提高合金强度;此外，加入粉末状的Ta和C元素可以 起到促进形成间隙原子和间隙相的作用，其在高温条件下，在α-Al固溶体中溶解度较大，而 在室温时却很小，从而使得合金具有较高的可热处理性质。但是，此方法对于提高合金的综 合力学性能十分有限，无法达到超高强度铝合金的标准要求。可见，优化合金成分设计对改 善合金综合力学性能的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:提出一种采用水冷半连续工艺制备高锌含量铝合 金的方法。
[0006] 本发明的技术解决方案是，参照Al-Zn-Mg-Cu相图，采用高的Zn含量，重新设计合 金成分。
[0007] 设计的合金成分为(￥1%):211:11.5-13.5;]\^:1.3-3.5 ;〇1:1.0-2.5;2『:0.08-0.16 ;Be:0.0002-0.002;Fe<0.15;Si <0.12;Cr<0.04;Ti <0.05;杂质总量 <0·15;Α1 余 量。
[0008] -种高锌含量的铝合金制备方法，该方法包括以下步骤：
[0009] 按照如下合金成分进行配料(wt · % ): Zn: 11 · 5-13 · 5，Mg: 1 · 3-3 · 5，Cu: 1 · 0-2 · 5， Zr :0.08-0.16，Be :0.0002-0.002，A1 余量；
[0010] 将相对应的精A1锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-Zr、和Al-Be在720°C条件 下进行融化；
[0011] 完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处 理，在675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0012] 坯料经均匀化后去皮，在400-420°C温度范围内按挤压比4/1进行挤压；
[0013] 在465-470°C下进行固溶处理，之后进行冷水淬火，并在135°C下进行时效处理。
[0014] -种高锌含量的铝合金，由上述的制备方法制得。
[0015] 材料在拉伸试验机上进行室温拉伸试验，材料最终抗拉强度，屈服强度和伸长率 分别可达850.0Mpa，83(h0Mpa，9.0%&S。
[0016] 本发明的有益效果:本发明采用同水平热顶水冷半连续铸造，结合多层陶瓷熔体 过滤技术和氯氩混合气精炼技术，对Zn含量为11.5-13.5%的超高强度的铝合金进行制备， 在保证具有优异内部质量(氢含量，杂质含量和夹渣含量）的同时，顺利实现对高锌含量铝 合金铸锭的成型，并具有优秀的表面质量;基体内Zn元素含量和主要增强相MgZn 2的含量均 得到极大的提高。通过上述措施，该材料挤压棒材经热处理后可以获得850.0 MPa以上的抗 拉强度，并保持9.0 %的伸长率，这一综合力学性能水平已经远超过普通的7050、7055等铝 合金。
【具体实施方式】
[0017] 该合金制备选用较高品质的原材料，保证铸锭的质量要求。按照如下合金成分进 行配料（wt. % ) :Zn: 11.5-13.5;Mg: 1.3-3.5;Cu: 1.0-2.5;Zr:0.08-0.16;Be:0.0002-0.002; A1余量。采取如下步骤进行材料制备：
[0018] 1.将精A1锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-CU、A1-Zr和Al-Be在720°C条件下进行融 化；
[0019] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0020] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成φ 15mm的圆棒。
[0021] 实施例1
[0022] 一、合金成分配比
[0023]
[0025] 二、制备材料
[0026] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3条件下进行融 化；
[0027] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675_685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0028] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成Φ 15mm的圆棒。
[0029] 三、性能测试
[0030]对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0031]
[0032] 实施例2 [0033] 一、合金成分配比
[0034]
[0035] 二、制备材料
[0036] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3条件下进行融 化；
[0037] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0038] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成Φ 15mm的圆棒。
[0039] 三、性能测试
[0040] 对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0041]
[0042] 实施例3
[0043] 一、合金成分配比
[0044]
[0045] 二、制备材料
[0046] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-21~41-86在720°(3条件下进行融 化；
[0047] 2.合金完全熔化后，温度稳定后经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技 术处理，在675_685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯；
[0048] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成Φ 15mm的圆棒。
[0049] 三、性能测试
[0050]对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0051]
【主权项】
1. 一种高锌含量的铝合金制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 按照如下合金成分进行配料(wt· % ):Zn: 11 · 5-13 · 5，Mg: 1 · 3-3 · 5，Cu: 1 · 0-2 · 5，Zr: 0 · 08-0 · 16，Be: 0 · 0002-0 · 002，A1 余量； 将相对应的精A1锭、Zn锭、Mg锭以及中间合金Al-Cu、Al-ZrAl-Be在720°C条件下进行 融化； 完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术处理，在 675-685°C温度范围内进行同水平热顶水冷半连续铸造制坯； 坯料经均匀化后去皮，在400-420°C温度范围内按挤压比4/1进行挤压； 在465-470°C下进行固溶处理，之后进行冷水淬火，并在135°C下进行时效处理。2. -种高锌含量的铝合金，由权利要求1所述的制备方法制得。3.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于:按wt. %计算，Zn为11.5-13.5，Mg为1.3_ 3·5，Cu为1·0-2·5，Zr为0·08-0·16，Be为0·0002-0·002，Fe < 0·15，Si < 0·12，Cr < 0·04，Ti <0.05，杂质总量<0.15 41余量。
【专利摘要】本发明涉及一种高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。各个行业对材料的标准要求逐步向超高强度，超轻质量方向进行转变，这一需求在航空航天等军事领域尤其突出。在提供同样承载能力的条件下，材料的强度越高，代表着需要的支撑材料越少，从而使得总体质量得到减轻。由于铸造工艺决定了熔体的传热、传质和熔体流动等，因此成为决定其最终显微组织的重要因素。本发明采用同水平热顶水冷半连续铸造，结合多层陶瓷熔体过滤技术和氯氩混合气精炼技术，对Zn含量为11.5-13.5％的超高强度的铝合金进行制备，在保证具有优异内部质量的同时，顺利实现对高锌含量铝合金铸锭的成型，并具有优秀的表面质量。
【IPC分类】C22C1/03, C22F1/053, C22C21/10
【公开号】CN105441755
【申请号】CN201510896987
【发明人】杨守杰, 于海军, 王玉灵, 戴圣龙
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月8日
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0访客 来自[中国] 2023年03月21日 22:34联系方式
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