专利名称：：一种含铌抗再结晶耐蚀铝合金的制作方法
技术领域：
：本发明属于金属合金领域，特别涉及抗再结晶耐蚀铝合金。
背景技术：
：铝的合金化及微合金化是改善各类铝合金性能及开发新型铝合金的基本手段。通过多元微合金化形成微细弥散相，有效地抑制再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织，是同时提高铝合金强度和抗腐蚀性能的途径之一。近年来，Zr在铝合金微合金化中得到广泛应用，Zr加入铝合金中，形成亚稳Ll2型的与Al基体共格的Al3Zr弥散相，提高了合金的再结晶抗力，改善了应力腐蚀性能，但亚稳的Ll2型Al3Zr在高温长时均匀化和固溶处理中会转变为与Al基体非共格的稳定D023型Al3Zr弥散相，抑制再结晶的作用会随之降低。加入微合金化元素Sc是目前抑制再结晶效果最好的办法，它可以形成与基体共格的微细Al3Sc弥散相粒子，在提高强度的同时能改善合金的韧性和抗应力腐蚀性能；Sc、Zr同时加入到铝合金中，同样起到提高强度和应力腐蚀抗力的作用。但是，由于Sc的价格昂贵，不适合于实际工业生产。
发明内容本发明的目的是在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中复合添加价格便宜的微合金化元素，形成新型高效的多元铝化物弥散相，有效抑制合金的再结晶，提高合金的强度、抗断裂韧性和抗应力腐蚀性能。本发明的详细技术方案为一种抗再结晶耐蚀铝合金，包括主合金元素Al画Zn-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Mg或Al-Cu-Mg，以及总含量占合金质量百分比为0.1L2。/。的Zr-Cr-Nb。其中Zn、Mg、Cu占合金的质量百分比为Zn:0~9.2%;Mg:0.2~5.60/0;Cu:0~6.8%。Zr、Cr和Nb占合金的质量百分比最好分别为Zr:0.05~0.2%;Cr:0.05~0.30/o;Nb:0.04~0.10/0。在上述铝合金中，还可微量添加Mn、Ti，加入Mn、Ti的质量百分比为Mn:0~0.5%;Ti:0~0.1%。本发明在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中添加Zr的同时，复合添加Cr和Nb，形成多元弥散相，有效抑制了Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再结晶，保持形变回复组织，提高了Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。而且Zr、Cr、Nb价格相对便宜，适于工业化生产。本发明的含Zr、Cr和Nb的抗再结晶耐蚀Al-Mg-(Zn-Cu)合金，可应用到各个领域。图1:对比例1的A-l合金固溶态金相显微组织图；图2:对比例2的A-2合金固溶态金相显微组织图；图3:对比例3的A-3合金固溶态金相显微组织图；图4:对比例4的A-4合金固溶态金相显微组织图；图5:对比例5的A-5合金固溶态金相显微组织图；图6:对比例6的A-6合金固溶态金相显微组织图；图7:对比例7的A-7合金固溶态金相显微组织图；图8:对比例8的A-8合金固溶态金相显微组织图；图9:实施例1的B-l合金固溶态金相显微组织图；图10:实施例2的B-2合金固溶态金相显微组织图；图11:实施例3的B-3合金固溶态金相显微组织图；图12:实施例4的B-4合金固溶态金相显微组织图；图13:实施例5的B-5合金固溶态金相显微组织图；图14:实施例6的B-6合金固溶态金相显微组织图；图15:实施例7的B-7合金固溶态金相显微组织图16:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例1、实施例1的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图17:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例2、实施例2的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图18:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例3、实施例3的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图19:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例4、实施例3的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图20:T6时效态下3.5。/。NaCl水溶液中对比例5、实施例4的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图。具体实施例方式对比例l:铸锭冶金法制备表l中的A-1合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Gu、Al-Zr中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例2:制备表l中的A-2合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr、Al-Cr中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例3:帝ij备表1中的A-3合金。制备方法如对比例1所述。对比例4:制备表l中的A-4合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780'C，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr、Al-Sc中间合金，降至76(TC，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9X)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例5:制备表l中的A-5合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Zr中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例6:制备表l中的A-6合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780。C，高纯铝熔化后，加入A1-Cu中间合金，降至760。C，加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例7:制备表l中的A-7合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为760'C，高纯铝熔化后，加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例8:制备表l中的A-8合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780'C,高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr、Al-Cr、Al-Mn、Al-Ti中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例1:制备表1中的B-l合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例2:制备表l中的B-2合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例3:制备表1中的B-3合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780'C，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例4:制备表l中的B-4合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780。C，高纯铝熔化后，加入A1-Cr、Al-Zr、Al-Nb中间合金，降至76(TC，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例5:制备表1中的B-5合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中间合金，降至760。C，加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例6:制备表l中的B-6合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Cr、Al-Zr、Al-Nb中间合金，降至76(TC，加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。实施例7:制备表l中的B-7合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr、Al-Cr、Al-Mn、Al-Ti、Al-Nb中间合金，降至760。C，加入工业纯Zn(纯度为99.9%)，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置1015分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。A-l合金、A-2合金、A-3合金、A-4合金、B-l合金、B-2合金、B-3合金铸锭经465'C/24h均匀化退火后，再在41(TC43(TC进行热挤压，挤压比为12.2,之后进行固溶处理，固溶制度如下45(TC保温1小时，升温至470°C保温1小时，继续升温至48(TC保温2小时，冷水淬火，T6时效(130。C保温24小时)。A-5合金、B-4合金、A-8合金、B-7合金铸锭经465°C/24h均匀化退火后，再在410'C-43(TC进行热挤压，挤压比为12.2，之后进行固溶处理，固溶温度为475'C，冷水淬火，T6时效(120'C保温24小时)。A-6合金、B-5合金铸锭经50(TC/20h均匀化退火后，再在410。C430。C进行热挤压，挤压比为12.2，之后进行固溶处理，固溶制度如下49(TC保温2小时，升温至506。C保温20分钟，冷水淬火，T6时效(16(TC保温18小时)。A画7合金、B-6合金铸锭经470。C/13h均匀化退火后，再在410。C430。C进行热挤压，挤压比为12.2，之后进行固溶处理，固溶制度如下45(TC保温l小时，升温至47(TC保温1小时，继续升温至48(TC保温1小时。对比例的A-lA-8(对应参见附图18)合金经挤压、固溶处理后已经发生完全或部分再结晶。而复合添加Zr-Cr-Nb的B-lB-7合金(对应参见附图9~15)的固溶态显微组织为纤维状的加工态组织，未发生再结晶。在Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金中，单独添加微量Zr的A-l、A-3、A-5合金以及添加Zr-Cr的A-2合金已经发生明显的再结晶(对应参见附图1、3、5、2)，而复合添加Zr-Cr-Nb的B-l、B-2、B-3、B-4仍基本保持纤维状的加工态组织(对应参见附图912)，与已经发生部分再结晶的A-8合金比(参见附图8)，复合添加Zr-Cr-Nb的B-7合金仍基本保持纤维状的加工态组织(参见附图15)。因此说，Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金中复合添加Zr-Cr-Nb较好地抑制了再结晶。在Al-Cu-Mg和Al-Mg合金中，未添加Zr-Cr-Nb的A-6、A-7合金发生明显的(完全)再结晶并为细小等轴晶粒(对应参见附图6、7)，而复合添加Zr-Cr-Nb的B-5、B-6合金仍基本保持纤维状的加工态组织(对应参见附图13、14)，因此说，Al-Cu-Mg或Al-Mg合金中复合添加Zr-Cr-Nb较好地抑制了再结晶。表2是T6状态下，微合金化Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金的硬度和应力强度因子数据表。从表2中可以看出，添加Zr-Cr-Nb的B-l合金时效态的硬度和应力腐蚀性能均优于对比例1中的A-l合金；添加Zr-Cr-Nb的B-2合金时效态的硬度和应力腐蚀性能均优于对比例2中的A-2合金;添加Zr-Cr-Nb的B-3合金时效态的硬度和应力腐蚀性能均优于对比例3添加Zr的A-3合金和对比例4添加Zr-Sc的A-4合金；添加Zr-Cr-Nb的B-4合金时效态的硬度和应力腐蚀性能均优于对比例5中的A-5合金。添加Zr-Cr-Nb的B-7合金时效态的硬度和应力腐蚀性能均优于对比例8中的A-8合金。添加Zr-Cr-Nb的B-l合金应力腐蚀性能优于对比例1仅含Zr的A-l合金(参见附图16);添加Zr-Cr-Nb的B-2合金应力腐蚀性能优于对比例2含Zr-Cr的A-2合金(参见附图17);添加Zr-Cr-Nb的B-3合金应力腐蚀性能优于对比例3仅含Zr的A-3合金(参见附图18);添加Zr-Cr-Nb的B-3合金应力腐蚀性能均优于对比例4含Zr-Sc的A-4合金(参见附图19);添加Zr-Cr-Nb的B-4合金应力腐蚀性能优于对比例5含Zr的A-5合金(参见附图20)。以上说明，添加Zr-Cr-Nb不但提高了Al-Zn-Mg-(Cu)合金的强度、塑性和抗断裂韧性，同时还提高了合金的抗应力腐蚀性能。表l各应用例中的合金成分(质量百分数，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2T6时效态下微合金化A1-Zn-Mg-(Cu)合金的硬度、力学性能和应力强度因子<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注KK;测试时裂纹扩展方向为挤压方向权利要求1.一种抗再结晶耐蚀铝合金，包含主合金元素Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg或Al-Mg或Al-Mg-Cu，其特征在于还包含占合金质量百分比为0.1～1.2％的Zr-Cr-Nb，所述Zn、Mg、Cu元素占合金的质量百分比分别为Zn0～9.2％；Mg0.2～5.6％；Cu0～6.8％。2.如权利要求1所述的铝合金，其特征在于所述Zr、Cr和Nb占合金的质量百分比分别为Zr:0.05~0.2%;Cr:0.050.3%;Nb:0.04~0.1%。3.如权利要求1或2所述的铝合金，其特征在于所述铝合金还包含Mn、Ti，所述Mn、Ti占合金的质量百分比为Mn:0~0.5%;Ti:00.1%。全文摘要本发明公开了一种抗再结晶耐蚀铝合金，该合金由主合金元素Al-Mg-(Zn-Cu)，以及占合金质量百分比为0.1～1.2％的Zr-Cr-Nb组成。通过在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中，复合添加Zr、Cr和Nb，形成多元铝化物弥散相，有效抑制Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再结晶，保持形变回复组织，提高了合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能；且Zr、Cr和Nb价格相对便宜，适于工业化生产。文档编号C22C21/00GK101353742SQ20071003543公开日2009年1月28日申请日期2007年7月25日优先权日2007年7月25日发明者茁张,方华婵,祝昌军,陈康华申请人:中南大学