专利名称：一种铝合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有色金属技术领域，具体涉及一种铝合金及其制备方法。
背景技术：
高强度高韧性Al-Zn-Mg-Cu铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点，是航空航天领域的重要结构材料。随着航空航天、交通运输等工业技术的发展，对结构材料的要求逐渐提高。通过微合金化可以有效抑制Al-Zn-Mg-Cu铝合金再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织。早期,通过添加微量Cr、Mn形成功非共格弥散相，后改为加入Sc、Zr、Er等形成共格弥散相。目前，国内外已开发出的强度达600MPa级的Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，以及强度达到700MPa左右的Al-Zn-Mg-Cu-RE系超高强铝合金，特别是添加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Al3Sc弥撒相粒子，也可以用Zr代替部分Sc，形成Al3(Zr，Sc)相。但是由于Sc的价格昂贵，而Sc的添加量一般需> 1%才有效果，因此，难以实际用于工业铝合金的生产。
发明内容
本发明的目的是在铝合金中加入价格便宜的元素Zr，代替大部分的Sc，使Sc的添加量小于Zr的添加量，且实际含量小于0. 15%，大幅度降低Sc的添加量，以便于工业铝合金的生产。同时配以合理的热处理制度，使得所开发合金在Sc含量远小于传统合金添加量的同时，获得优良的强韧性能。本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc铝合金，其各组分按重量百分比为Zn :8-10wt%, Mg 2. 5-3. 5wt%, Cu :2. 3-3. 5wt%, Zr :0. 05-0. 25wt%, Sc :0. 01-0. 10wt% ;杂质兀素Si含量< 0. 1%，Fe含量< 0. 15%，其他元素每种少于0. 05%，且总量少于0. 5%，余量为Al ；
所述的合金中的Zr含量大于Sc含量。本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc招合金的制备方法,按如下步骤进行
(1)原料配制以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比Zn 8-10wt%, Mg 2. 5-3. 5wt%, Cu 2. 3-3. 5wt%, Zr :0. 05-0. 25wt%, Sc :0. 01-0. 10wt%，余量为 Al，进行备料；
(2)合金熔炼及浇注在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至720-740°C，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-760°C，然后使用除气剂六氯乙烷处理5-10min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750°C静置10_20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730 0C -740 0C ；
(3)均匀化处理将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为460°C下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
(4)挤压处理挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380°C;(5)固溶时效处理在460°C温度下保温2h后进行水淬，然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99. 5wt% ；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc :l_3wt%，余量为Al ；A1-Zr中间合金的含量为Zr 3-5wt%,余量为 Al。与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是
1.本发明技术方案合理控制合金中Sc含量，提高Zr含量，在保证合金强度及延伸率的同时大幅度降低合金生产成本；
2.本发明合金在时效态下，其抗拉强度750MPa以上，屈服强度700MPa以上，延伸率10%以上，具有优异的综合性能，适合于需要高强度的轻质结构件中。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例
下述实施例使用“SANS CMT-5105型微机控制电子万能试验机”进行拉伸试验，测量其抗拉强度和屈服强度。实施例I :
(1)原料配制以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比Zn 8wt%,Mg :3. 5wt%, Cu 3. 5wt%, Zr 0. 05wt%, Sc :0. 01wt%，余量为 Al，进行备料；
(2)合金熔炼及浇注在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至720°C，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740°C，然后使用除气剂六氯乙烷处理5min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750°C静置lOmin，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730°C ；
(3)均匀化处理将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为460°C下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
(4)挤压处理挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380°C;
(5)固溶时效处理在460°C温度下保温2h后进行水淬，然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温，得到最终产品；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99. 5wt% ；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc :lwt%，余量为Al ;A1-Zr中间合金的含量为Zr 3wt%,余量为Al ；
得到的最终产品其抗拉强度765. 7MPa以上，屈服强度718. 6MPa以上，延伸率10. 1%。实施例2
(1)原料配制以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比Zn 10wt%, Mg :3. 5wt%,Cu 3. 5wt%, Zr 0. 25wt%, Sc :0. 10wt%，余量为 Al，进行备料；
(2)合金熔炼及浇注在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至740°C，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至760°C，然后使用除气剂六氯乙烷处理lOmin，处理完毕后搅拌合金熔体并在750°C静置20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为740V ；
(3)均匀化处理将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为460°C下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
(4)挤压处理挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380°C;
(5)固溶时效处理在460°C温度下保温2h后进行水淬，然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温，得到最终产品；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99. 5wt% ；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc :3wt%，余量为Al ;A1-Zr中间合金的含量为Zr 5wt%,余量为Al ；
得到的最终产品其抗拉强度777. 3MPa以上，屈服强度728. 9MPa以上，延伸率10. 85%。实施例3
(1)原料配制以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比Zn 9wt%, Mg 3wt%, Cu 3wt%, Zr 0. 10wt%, Sc :0. 05wt%，余量为 Al，进行备料；
(2)合金熔炼及浇注在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至730°C，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至750°C，然后使用除气剂六氯乙烷处理8min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750°C静置15min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为735°C ；
(3)均匀化处理将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为460°C下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温；
(4)挤压处理挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380°C;
(5)固溶时效处理在460°C温度下保温2h后进行水淬，然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温，得到最终产品；
所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99. 5wt% ；
所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc :2wt%，余量为Al ;A1-Zr中间合金的含量为Zr 4wt%,余量为Al ；
得到的最终产品其抗拉强度770. 7MPa以上，屈服强度723. 9MPa以上，延伸率11. 9%以上。
权利要求
1.ー种铝合金，其特征在于其各组分按重量百分比为Zn 8-10wt%, Mg 2. 5-3. 5wt%，Cu 2. 3-3. 5wt%, Zr :0. 05-0. 25wt%, Sc :0. 01-0. 10wt% ;杂质元素 Si 含量く 0. 1%，Fe 含量(0. 15%，其他元素每种少于0. 05%,且总量少于0. 5%，余量为Al。
2.根据权利要求I所述的ー种铝合金，其特征在于所述的合金中的Zr含量大于Sc含量。
3.权利要求I所述的ー种铝合金的制备方法，其特征在于按如下步骤进行 (1)原料配制以纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金作为原料，按Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金成分的重量百分比Zn 8-10wt%, Mg .2.5-3. 5wt%, Cu 2. 3-3. 5wt%, Zr :0. 05-0. 25wt%, Sc :0. 01-0. 10wt%，余量为 Al，进行备料； (2)合金熔炼及浇注在电阻炉中进行熔炼，将纯金属铝加入电阻炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、纯金属铜、Al-Zr中间合金及Al-Sc中间合金，升温至720-740°C，然后加入已预热的纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-760°C，然后使用除气剂六氯こ烷处理5-10min，处理完毕后搅拌合金熔体并在750°C静置10_20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行鋳造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730 0C -740 0C ； (3)均匀化处理将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体エ艺为460°C下进行24h，然后将铸锭取出强风冷至室温； (4)挤压处理挤压模直径为45mm，挤压嘴直径为15mm，变形系数为9，挤压温度380°C; (5)固溶时效处理在460°C温度下保温2h后进行水淬，然后在120°C温度条件下保温24h后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的ー种铝合金的制备方法，其特征在于所述的纯金属铝、纯金属镁、纯金属锌和纯金属铜的纯度均为99. 5wt%。
5.根据权利要求3所述的ー种铝合金的制备方法，其特征在于所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc :l_3wt%，余量为Al -M-Ix中间合金的含量为Zr :3_5wt%，余量为Al。
全文摘要
本发明涉及有色金属技术领域，具体涉及一种铝合金及其制备方法。本发明的铝合金，其各组分按重量百分比为Zn8-10wt%，Mg2.5-3.5wt%，Cu2.3-3.5wt%，Zr0.05-0.25wt%，Sc0.01-0.10wt%；杂质元素Si含量≤0.1%，Fe含量≤0.15%，其他元素每种少于0.05%，且总量少于0.5%，余量为Al；本发明技术方案合理控制合金中Sc含量，提高Zr含量，在保证合金强度及延伸率的同时大幅度降低合金生产成本，其抗拉强度750MPa以上，屈服强度700MPa以上，延伸率10%以上，具有优异的综合性能，适合于需要高强度的轻质结构件中。
文档编号C22F1/053GK102766789SQ201210267490
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者崔建忠, 王高松, 赵志浩 申请人:东北大学