一种超高锌含量的铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种超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] 常用的金属结构材料，铝合金由于具有密度小，比强度高，耐腐蚀等诸多优点，在 各个领域均得到了十分广泛的应用，但其强度与钢和钛合金等结构材料相比，处于劣势，这 也成为了制约铝合金进一步发展的关键原因，因此，如何提高铝合金的强度成为国内外材 料工作者的重要任务之一。
[0003] Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，又称为7000系铝合金，是航空航天工业的重要结构材料之 一，是目前已成功实现商业化应用的各种变形铝合金中强度最高的一类。由于其具有密度 低、强度高、热加工性能好、耐腐蚀性能较好和成本低等优点，已广泛应用于航空航天和交 通运输领域，在国防建设和国民经济发展中具有重要的战略地位。
[0004] 《中国有色金属学报》2007年第3期第17卷曾刊载文章《六1-9.0211-2.51^-1.2〇1-0.12Sc-0.15Zr合金的组织和性能》，该文的核心思想是通过向Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中添 加 Sc元素的方式，采用铸锭冶金法制备合金，并先后进行均匀化、挤压、固溶以及时效处理， 从而提高合金的综合力学性能。该合金挤压型材在强化固溶+T6处理下，强度得到明显的提 升，但伸长率降至不足6%。该合金虽然获得较为理想的性能指标，但多年以来，Sc元素添加 成本过高仍是限制这种方法进一步应用推广的最主要原因之一。可见，优化合金成分设计 对于开发新型铝合金的重要意义。
【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铸造的工艺，制备超高 锌含量铝合金的方法。
[0006] 本发明的技术方案为:参照Al-Zn-Mg-Cu相图，采用极高的Zn含量，重新设计合金 成分。
[0007] 设计的合金成分为(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;杂质总量 <0·15;Α1 余量。
[0008] -种超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: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] 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16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] -种超高锌含量的铝合金，由上述的制备方法制得。
[0015] 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14-17 %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，顺利实现对超高锌含量铝合 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890.OMPa以上的抗拉 强度，并保持8.0%的伸长率，这一综合力学性能水平已经远超过普通铝合金(400MPa~ 500MPa级）。
【具体实施方式】
[0016] 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: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] 采取如下步骤进行材料制备：
[0018] 1.将精A1锭，Zn锭，Mg锭以及中间合金六1-(：1141-2广六1-86在720°(3条件下进行融 化；
[0019] 2.合金完全熔化后，温度稳定时经过多层陶瓷熔体过滤技术和在线氯氩混合气精 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] -、合金成分配比
[0023] L0024」 二、制备材料
[0025] 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；
[0026] 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；
[0027] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成〇15mm的圆棒。
[0028] 三、性能测试
[0029]对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为： rnrnnl
[0031] 实施例2
[0032] -、合金成分配比
[0033]
[0034] 二、制备材料
[0035] 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；
[0036] 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；
[0037] 3.坯料经均匀化后，在400-420°C挤压成〇15mm的圆棒。
[0038] 三、性能测试
[0039]对最终获得的挤压棒材进行力学性能测试。其结果为：
[0040]
[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挤压成〇15mm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. 一种超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(》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； 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； 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16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. -种超高锌含量的铝合金，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14-17，Mg为1.5-4.5， Cu为1·2-3·0，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】本发明涉及一种超高锌含量的铝合金及其制备方法，属于材料加工领域。常用的金属结构材料，铝合金由于具有密度小，比强度高，耐腐蚀等诸多优点，在各个领域均得到了十分广泛的应用，但其强度与钢和钛合金等结构材料相比，处于劣势，这也成为了制约铝合金进一步发展的关键原因，因此，如何提高铝合金的强度成为国内外材料工作者的重要任务之一。本发明提出一种采用水冷半连续铸造的工艺，制备超高锌含量铝合金的方法。
【IPC分类】C22C1/03, C22C1/06, C22C21/10, C22F1/053
【公开号】CN105483475
【申请号】CN201510897496
【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4月13日
【申请日】2015年12月8日