一种zl202a合金的制备及其热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种ZL202A合金的制备及其热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战 期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便 着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、 电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。 现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。
[0003] 1、高强度铸造铝合金和变形铝合金 一般铸造错合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa~300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的 少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高;AlZn系铸造合金的耐 热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较 大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是 铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、乳制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密 度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求 高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价 格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产 也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合 金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有 重要的理论意义和重大的实际应用价值。
[0004] 在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重 要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目 前没有与它对应的牌号。
[0005] 2、高温铝合金 高温合金又称耐热高强合金、热强合金或超合金，是在20世纪40年代随着航空涡轮发 动机的出现发展起来的一种重要金属材料，能在高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长期承受 较大的工作负荷，主要用于燃气轮机的热端部件，是航空航天、舰船、发电、石油化工和交通 运输工业的重要结构材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齿科材料。
[0006] 常用的高温合金包括镍基、铁基和钴基合金，能在600~1100°C高温环境下工作； 而耐热铝合金则是冷战期间发展起来的。耐热高强铝合金适于在400°C以下的热环境中长 期承受较大的工作载荷，在航空航天、重工机械等领域得到越来越多的应用。除航空涡轮发 动机、燃气轮机等直接与高温燃气接触的部件之外，其余高温高压强动力部件均可采用耐 热商强错合金铸造。
[0007] 由于铝合金比较容易加工，随着加工技术水平的提高，在强度满足要求的情况下， 人们越来越多地采用变形铝合金替代铸造铝合金。因此耐热高强铝合金又分为铸造用合金 和变形用合金两大类。
[0008] 而在国民经济和国防现代化建设和发展中具有广泛用途和极光明前景的耐热高 强变形铝合金，国内外文献中报导较少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、 2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系变形铝合金及7A04等7XXX系变形铝合金，在 250°C以上温度下强度多数小于100Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以Si、Mg、Zn 作为主微合金化元素，而不添加这几种元素、且250°C以上温度下强度在150Mpa以上的耐 热高强变形铝合金材料未见报导。
[0009]3、铝合金的变质处理 熔体的高质化处理是铝合金熔炼的核心环节和追求目标，同时是获得优质铝合金材料 的基础和前提。高质化处理主要包括两个方面：一是纯净化，二是结构单元细化及均匀化。 前者主要是采取把杂质固态化滤除和"以气除气"的方法降低熔体杂质和氢含量，工艺过程 会产生废渣和废气；后者通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法使构成铝合金熔 体及固溶体的基本单元一结晶体一的尺寸变得尽可能小、分布尽可能均匀，因添加剂进入 合金熔体，成为合金的有效成份，因而过程中不产生废渣和废气。变质处理特别是使用高效 变质剂是调整铝合金铸态组织的根本手段。而合金的制备工艺对合金性质有着重大影响， 然后现在技术在制备合金时，得到的合金性质都不尽如人意。
[0010] 在输电领域，6063铝合金具有高强度/重量比、抗腐蚀性、易加工成型、无低温脆 性、易于环保回收、价格低廉等优点，得到较快发展和广泛运用。抗拉强度和导电率又作为 6063铝合金的主要性能指标，却是相互矛盾，往往难以同时满足，要使其具有很高的强度， 则其导电率往往会不足；提高了材料强度，却在很大程度上降低其导电率。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的技术问题是：提供一种ZL202A合金的制备及其热处理工艺，获得 性能优异的ZL202A合金，以解决现有技术的不足。
[0012] 本发明的技术方案是：一种ZL202A合金的制备及其热处理工艺，采用高纯的 Al-8%Si中间合金、高纯铝锭、镁锭配制ZL202A合金，高纯Al-5%Ti-Fe中间合金细化晶粒， 六氯乙烷精炼，将熔炼好的合金浇注成金属型试棒，试棒的固溶制度为：535°C±5°C，保 温12h，固溶后采用150-190°C的温度分别保温9~13h进行时效，测定其室温力学性能。
[0013] 最佳时效制度为170°c。
[0014] 本发明的有益效果：（1)ZL202A合金在小于170°C的温度时效时，强度随保温时 间的延长逐渐升高，达到最高值后再逐渐降低，而延伸率一直降低；时效温度高于170°C 时，合金强度和延伸率都随保温时间的延长而降低。
[0015] (2)ZL202A合金比较理想的时效制度为170°C，保温9~13h。在此制度下，合 金的性能可达到σb彡330MPa，δ5彡10%。
【附图说明】
[0016] 图1为ZL202A合金性能随时效温度的变化曲线（保温llh)，实线--强度；虚 线--延伸率； 图2为ZL202A合金在160°C保温不同时间的性能变化曲线，实线一一强度；虚 线--延伸率； 图3为ZL202A合金在180°C保温不同时间的性能变化曲线，实线一一强度；虚 线--延伸率。
【具体实施方式】
[0017] 采用高纯的Al_8%Si(质量分数，下同）中间合金、高纯铝锭（99.96%)，镁锭 (99. 9%)配制ZL202A合金，高纯Al-5%Ti-Fe中间合金细化晶粒，六氯乙烷精炼。将熔炼 好的合金烧注成金属型试棒，试棒的固溶制度为：535°C±5°C，保温12h,固溶后米用不 同的温度分别保温9~13h进行时效，测定其室温力学性能。
[0018] 合金的化学成分见表1，采用的时效制度。
[0019]ZL202A合金在155，160°C时，其强度随时效时间的延长逐渐升高，延伸率逐渐 降低；在170°C时，其强度达到最大值，而且强度、延伸率随时间变化很小；在180，190， 200°C时效时，合金强度随时间的延长而降低，延伸率的趋势也是降低。因此ZL202A合金 理想的时效制度为170°C，保温9~13h。
[0020] 图1为ZL202A合金在155, 160, 170, 180, 190°C分别保温llh，其强度、延伸率随温 度的变化曲线。在小于170°C的温度范围内，合金强度随时效温度的升高而升高，在170°C 附近时强度达到最大值，约为335MPa，超过170°C后，合金的强度开始随温度的升高而降 低，在190°C时，其强度已降至约300MPa。合金的延伸率在155°C时最高，约为17%，在 170°C时约为12. 5%，而在190°C时，其延伸率降至约10%。
[0021] GPI，GPII，β'过渡相都是亚稳相，通过长时间保温后，这些亚稳相都会转 变成稳态的β相，从而使强化作用降低。图2，3为ZL202A合金分别在160°C和180°C保 温不同时间其性能随时间的变化曲线，在160°C时，随着保温时间的延长，合金强度逐渐 升高，在llh达到最大值，超过llh后开始降低，延伸率随保温时间的延长逐渐降低。这 是由于ZL202A合金在时效过程中析出的过渡相数量在保温llh达到最大，保温时间再延 长，过渡相将转变为稳定的β相，使性能降低。图3中，由于保温的温度比较高，合金 在较短时间内即析出大量的过渡相，在保温9h后即具有较高的强度，在高温时，过渡相 向稳定相转变的速度也较快，在随后的保温过程中，合金强度逐渐降低。过渡相的析出以 及稳定的β相的析出都会使合金塑性降低，因此，在160°C和180°C保温时，合金的延伸 率都随保温时间的延长而降低。而时效温度为更高的190°C和200°C时，析出相以稳态的 β相为主，过渡相很少，使合金的强度和延伸率都比较低，且随保温时间的延长而下降。
[0022] (1)ZL202A合金在小于170°C的温度时效时，强度随保温时间的延长逐渐升高， 达到最高值后再逐渐降低，而延伸率一直降低；时效温度高于170°C时，合金强度和延伸 率都随保温时间的延长而降低。
[0023] (2)ZL202A合金比较理想的时效制度为170°C，保温9~13h。在此制度下，合 金的性能可达到σb彡330MPa，δ5彡10%。
【主权项】
1. 一种ZL202A合金的制备及其热处理工艺，其特征在于：采用高纯的Al-8%Si中间合 金、高纯铝锭、镁锭配制ZL202A合金，高纯Al-5%Ti-Fe中间合金细化晶粒，六氯乙烷精炼， 将熔炼好的合金浇注成金属型试棒，试棒的固溶制度为：535°C±5°C，保温12h，固溶后 采用150-190°C的温度分别保温9~13h进行时效，测定其室温力学性能。2. 根据权利要求1所述的一种ZL202A合金的制备及其热处理工艺，其特征在于：最佳 时效制度为170°C。
【专利摘要】本发明公开了一种ZL202A合金的制备及其热处理工艺，其特征在于：采用高纯的Al-8%Si中间合金、高纯铝锭、镁锭配制ZL202A合金,高纯Al-5%Ti-Fe中间合金细化晶粒,六氯乙烷精炼，将熔炼好的合金浇注成金属型试棒,试棒的固溶制度为:535℃±5℃,保温12h,固溶后采用150-190℃的温度分别保温9～13h进行时效,测定其室温力学性能。
【IPC分类】C22C21/02, C22F1/043, C22C1/03
【公开号】CN105463267
【申请号】CN201410517855
【发明人】杨成志, 李晓慧
【申请人】杨成志
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月30日