专利名称：一种适用于结构功能一体化用铝合金制品及制备方法
技术领域：
本发明所涉及的技术领域为铝合金材料，特别是由国际铝业协会所命名的7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu系)铝合金材料；更具体地，本发明涉及结构功能一体化用铝合金材料制品。虽然本发明最典型的应用是挤压制品，但是其也可以应用于轧制制品、拉拔制品、锻造制品及铸造制品。
背景技术：
铝合金由于具有比重小、易加工、成本低等优点，成为目前各种金属结构材料中应用面最广、最典型的轻质结构材料。随着科技水平的迅猛发展，现代装备越来越呈现出集成化、轻量化的发展趋势，对结构一功能一体化的铝合金材料的需求不断增加，给铝合金材料的综合使用性能(包括力学性能、物理性能、抗腐蚀性能等)以及加工工艺性能(包括切削加工性能、焊接性能等)也提出了越来越高的要求。在实现商业化应用的各种铝合金中，Al-Zn-Mg-Cu系(简称7XXX系)铝合金具有最高的强度水平，其具有高的比强度和刚度、易加工、较好的耐腐蚀性能和较高的断裂韧性等优点，在航空航天、交通运输等领域已取得广泛的应用，并成为这个领域中最重要的结构材料之一。但是，现使用的7XXX系铝合金材料更多地关注材料作为结构件的功效，忽略了其可以同时作为功能件的一面，未能很好的发挥铝合金材料的全面优越性。国内外已有的研制工作也主要是以7XXX系铝合金作为单一的结构材料应用于航空航天等领域为目的开展的，主要考虑材料的静强度、刚度、断裂韧性、疲劳性能和腐蚀性能，很少同时专门考虑材料的导电性能、导热性能等物理性能。7XXX系铝合金用于电子电器零部件的制造，特别是用于大功率器件时，其工作环境存在着特殊性，不仅需要超高强度起承重结构件的作用、以实现轻量化的效果，还需要作为功能件传输电流和传到热量等，这就要求材料需要具有高的静强度、高的电导率和热导率和抗应力腐蚀性能等。现有材料很难同时满足这些特殊要求。为此，进一步开展相关研制工作，通过合金成分、制备加工和热处理等工艺的优化设计对材料的组织和性能进行有效调控，使7XXX系铝合金材料制品集结构与功能与一身，获得对最佳的综合性能匹配及优良的表面质量及尺寸精度，将会很好地满足现代装备高度集成化、轻量化的发展需求，有利于进一步丰富7XXX系铝合金材料设计、制备经验和技术积累。
发明内容
本发明要解决的首要技术问题在于提出一种适用于结构功能一体化用铝合金制品，可以使7XXX铝合金制品集结构与功能于一身，具有高强度的同时具有高的电导率、以及良好的导热性能；同时，具有低的残余应力和良好的表面质量及尺寸精度。本发明要解决的第二个技术问题在于提出该铝合金制品的制备方法。本发明要解决的第三个技术问题在于提出该铝合金制品通过机械加工、化学铣削加工、电火花加工或激光加工方式所加工而成的最终零部件。为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
本发明涉及一种适合于结构功能一体化用铝合金制品，其有如下性能:(a)具有高强度的同时具有高的电导率、以及良好的导热性能；其屈服强度> 570MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:σ +IOy彡950，热导率大于或等于140W/(m.K) ；(b)具有低的残余应力:残余应力值< 50MPa，所述铝合金制品含有以重量百分比计的下述成分:Zn:5.5 10.0,Mg: 1.5 2.8, Cu: 1.5 2.5, Cr:0.01 0.50,Mn:0.05 0.50,
Zr:0.01 0.20，且余者为Al、附带的元素和杂质，其中:(a) 10.0 ^ Zn+Mg+Cu ^ 14.0 ； (b) 4.4 ^ (Zn/Mg) +Cu ^ 6.5 ；(c) 0.10 ( Cr+Mn+Zr ( 0.60 ;和(d) Cr ^ Mn ^ Cr+0.20。
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其屈服强度彡570MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％IACS)之间满足关系:σ +IOy彡950，热导率大于或等于140W/(m.K);—般情况下，570MPa彡屈服强度彡llOOMPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:950 ^ σ + 10 Y ^ 1600，140W/ (m.K)彡热导率彡 205W/ (m.K)。本发明的优选方案为:所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其含有以重量百分比计的下述成分:Zn:6.2 9.0,Mg: 1.8 2.4, Cu: 1.6 2.3, Cr:0.03 0.20,Mn:0.10 0.30,
Zr:0.03 0.15，且余者为Al、附带的元素和杂质，其中:(a) 10.2 ( Zn+Mg+Cu ^ 12.8 ；(b) 4.6 ^ (Zn/Mg) +Cu ^ 6.1 ；(c) 0.34 ( Cr+Mn+Zr ( 0.48 ;和(d) Cr ^ Mn ^ Cr+0.17。所述附带的元素包括选自T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf中的至少一种微合金化附带元素，需满足:所述微合金化元素的含量符合0.34wt% ( [Cr+Mn+Zr+ (T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf中的至少一种)]彡0.48wt%0所述杂质含有:Fe( 0.50wt%, Si ( 0.50wt%。所述杂质优选含有:Fe( 0.40wt%, Si ( 0.20wt%。在本发明的适用于结构功能一体化用招合金制品中，其中，除T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf以外的其它附带的元素和除Fe和Si以外的其它杂质元素每种彡0.10wt%，且其中所述其它附带的元素和其它杂质元素的总和彡0.20wt%。在本发明的适用于结构功能一体化用招合金制品中，其中，除T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf以外的其它附带的元素和除Fe和Si以外的其它杂质元素每种彡0.05wt%，且其中所述其它附带的元素和其它杂质元素的总和彡0.12wt%0在本发明的适用于结构功能一体化用铝合金制品中，其中所述铝合金制品中的Cu含量小于或等于Mg含量。在本发明的适用于结构功能一体化用铝合金制品中，其中所述铝合金制品的截面最小厚度为0.1 200mm，且所述铝合金制品是挤压制品、拉拔制品、轧制制品、锻造制品或铸造制品。
一种生产该铝合金制品的方法，其包括以下步骤:(I)按照本发明所述的铝合金制品中的成分和含量，制造半连续铸造铸锭或模铸件；(2)对所得铸锭或铸件进行均匀化热处理；(3)对经均匀化热处理的铸锭进行一次或多次变形加工成工件，从而得到所需规格的合金制品；(4)对变形加工件或经均匀化热处理的铸件进行固溶热处理；(5)将经固溶热处理的合金制品迅速冷却到室温；和(6)对冷却到室温的合金制品进行时效热处理以获得关键性能的匹配，以得到所需的结构功能一体化用铝合金制品。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(I)中，采用熔炼、除气、除夹杂及半连续铸造的方式进行铸锭的制造；在熔炼过程中，通过在线成分检测分析，快速补充调整合金元素之间的配比，并完成全部的铸锭制造过程。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(I)中，还包括在半连续铸造的方式进行铸锭所用结晶器部位或其附近施加电磁场、超声场或机械搅拌。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(2)中，所述均匀化热处理通过选自下组的方式中的一组或多组进行:(I)在460 480°C范围内，进行12 60h的单级均匀化热处理；(2)在400 490°C范围内，进行总时间为12 60h的双级均匀化热处理；(3)在400 490°C范围内，进行总时间为12 60h的多级均匀化热处理；和(4)在360 490°C范围内，进行总时间为24 72h的缓慢连续升温均匀化热处理。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(3)中，所述一次或多次变形加工采用选自挤压、拉拔、锻造、轧制中的一种或及其组合的方式进行，每一次热变形加工前的预热温度为380 450°C，且预热时间为I 6h。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(3)中，所述一次或多次热变形加工采用挤压的方式进行，其中，采取调控挤压速度的方式，并结合挤压工模具优化设计，以精确控制合金制品中再结晶组织比例、及变形件表面质量和尺寸公差。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(4)中，所述固溶热处理需根据性能要求进一步调控制品中再结晶组织比例，并通过选自下组的方式中的一组或多组进行:(I)在450 478°C范围内对制品进行I 12h的单级固溶热处理；(2)在440 485°C范围内对制品进行总时间为I 12h的双级固溶热处理；(3)在440 485°C范围内对制品进行总时间为I 12h的多级固溶热处理；和(4)在420 485°C范围内，进行总时间为I 12h的缓慢连续升温固溶热处理。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中，从室温升到固溶热处理的温度范围内采用缓慢连续升温，升温速率彡20C /min，温度达到460°C之后的有效加热时间
Γ}( f fijfi j
/(min) = 50(min)+i 5(Jm/^n) ’其中D为铝合金制品横截面等效圆的直径。
在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(5)中，使用选自冷却介质浸没式淬火、喷淋式淬火、强风冷却中的一种或及其组合的方式将合金制品迅速冷却至室温。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤￠)中，对合金制品进行三级时效热处理:第一级时效处理温度为105 125°C，保温I 24h ;之后在0.2 2h内连续升温至第二级时效热处理温度165 200°C，保温0.2 8h，采用水冷或空冷的方式快速冷却，冷却至室温或室温至0°C ;第三级时效处理温度为100 140°C，保温I 36h。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中所述三级时效热处理为:第一级时效处理温度为110 120°0，保温4 161!;之后在0.5^1h内连续升温至第二级时效热处理温度170 185°C，保温0.5 3h ;第三级时效处理温度为115 125°C，保温8 28h。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中在步骤(5)和(6)之间，还可包括以下步骤:对冷却到室温的合金制品进行变形总量在I 5%范围内的预变形处理，并配合矫直处理，以有效消除制品中的残余内应力的同时控制制品的直线度等尺寸精度。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中所述预变形处理为预拉伸或预压缩。在本发明的生产该铝合金制品的方法中，其中所述矫直处理采用换向多次辊矫的方式进行。用本发明的生产该铝合金制品的方法制造的铝合金制品，其中所述铝合金制品的屈服强度彡570MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:σ +IOy彡950，热导率大于或等于140W/(m.K)。所述铝合金制品的屈服强度彡570MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:σ + 10 Y彡950，热导率大于或等于140W/(m.K);—般情况下，570MPa彡屈服强度彡llOOMPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:950 彡 σ + IOy ^ 1600，140W/ (m.K)彡热导率彡 205W/ (m.K)。在用本发明的生产该铝合金制品的方法制造的铝合金制品中，其中所述铝合金制品的屈服强度彡590MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:σ + 10 Y彡985，热导率大于或等于155W/(m.K)。一般情况下，590MPa彡屈服强度(llOOMPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:985彡σ +IOy ^ 1600，155W/ (m.K)彡热导率彡 205W/ (m.K)。在用本发明的生产该铝合金制品的方法制造的铝合金制品中，其中所述铝合金制品通过选自机械加工、化学铣削加工、电火花加工、激光加工及其组合的方式被加工为最终零部件。本发明涉及的一种适用于结构功能一体化用铝合金制品及制备方法的有益效果在于:(I)通过实施本发明，可以有效地使7xxx系招合金材料集结构与功能与一身，很好的发挥出铝合金材料的全面优越性，让铝合金制品具有高强度的同时具有高的电导率、以及良好的导热性能；同时具有低的残余应力和良好的表面质量及尺寸精度。在有效满足现代装备高度集成化、轻量化发展的迫切 需求的同时，将进一步极大地拓展铝合金材料的应用领域。
(2)本发明涉及的材料设计及制备方法调控思想，同样适用于其他系铝合金材料，有利于进一步丰富7XXX系铝合金材料设计、制备经验和技术积累。对其他金属材料制品的设计也具有借鉴和指导价值。本发明最典型的应用是挤压制品，但其也可以应用于轧制制品、拉拔制品、锻造制品及铸造制品。
图1本发明合金、2024和7055铝合金力学性能、电导率、热导率、腐蚀性能的对比图。
具体实施例方式本发明涉及一种适合于结构功能一体化用铝合金制品，其拥有如下能力:(a)具有高强度的同时具有高的电导率、以及良好的导热性能；(b)具有低的残余应力和良好的表面质量及尺寸精度，所述铝合金制品含有以重量百分比计的下述成分:Zn:5.5 10.0，Mg:1.5 2.8，Cu:1.5 2.5，Cr:0.01 0.50, Mn:0.05 0.50, Zr:0.01 0.20，且余者为Al、附带的元素和杂质，其中:(a)10.0 ( Zn+Mg+Cu ( 14.0 ； (b) 4.4 ( (Zn/Mg) +Cu ^ 6.5 ； (c) 0.10 ( Cr+Mn+Zr ( 0.60 ;和(d) Cr ^ Mn ^ Cr+0.20。
本发明的优选方案为:所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其含有以重量百分比计的下述成分:Zn:6.2 9.0，Mg:1.8 2.4，Cu:1.6 2.3，Cr:0.03
0.20，Mn:0.10 0.30，Zr:0.03 0.15，且余者为Al、附带的元素和杂质，其中:(a) 10.2 ( Zn+Mg+Cu ^ 12.8 ； (b) 4.6 彡(Zn/Mg) +Cu ^ 6.1 ； (c) 0.34 ( Cr+Mn+Zr ^ 0.48 ；和(d) Cr ^ Mn ^ Cr+0.17。上述铝合金制品的附带的元素还可能包括选自T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf中的至少一种微合金化附带元素，需满足:所述微合金化元素的含量符合0.34wt% ( [Cr+Mn+Zr+ (T1、N1、Ag、Sc、Er 和 Hf 中的至少一种)]^ 0.48wt%。上述铝合金制品的杂质可能含有Fe、Si，需满足:Fe ( 0.50wt%, Si ( 0.50wt%。除T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf以外的其它附带的元素和除Fe和Si以外的其它杂质元素每种< 0.10wt%，且其中所述其它附带的元素和其它杂质元素的总和< 0.20wt%o优选满足:Fe( 0.40wt%, Si ( 0.20wt%, Ti ( 0.06wt%,除 T1、N1、Ag、Sc、Er 和Hf以外的其它附带的元素和除Fe和Si以外的其它杂质元素每种彡0.05wt%，且其中所述其它附带的元素和其它杂质元素的总和彡0.12wt%0上述铝合金制品，其中所述铝合金制品中的Cu含量小于或等于Mg含量。其中所述铝合金制品的截面最小厚度为0.1 200mm，且所述铝合金制品是挤压制品、拉拔制品、乳制制品、锻造制品或铸造制品。本发明还涉及生产该铝合金制品的制备方法，其所述铝合金制品包括铝合金变形加工制品和铝合金铸造制品。所述铝合金变形加工制品的过程可描述为“合金配制及熔炼一半连续铸造制备铸锭一铸锭的均匀化热处理一变形加工(挤压、轧制、锻造、拉拔)得到变形制品一固溶处理及消除应力处理一时效处理一成品制品”。所述铝合金铸造制品的制造过程可描述为“合金的配制及熔炼一模铸件成型一固溶处理一时效处理一成品制品”。其包括以下步骤:
(I)制造如本发明所述的半连续铸造铸锭或模铸件；(2)对所得铸锭或铸件进行均匀化热处理；(3)对经均匀化热处理的铸锭进行一次或多次变形加工，从而得到所需规格的合金制品；(4)对变形加工件或经均匀化热处理的铸件进行固溶热处理；(5)将经固溶热处理的合金制品迅速冷却到室温；和(6)对合金制品进行时效热处理以获得关键性能的匹配，以得到所需的结构功能一体化用铝合金制品。其中在步骤(I)中，采用熔炼、除气、除夹杂及半连续铸造的方式进行铸锭的制造；在熔炼过程中，通过在线成分检测分析，快速补充调整合金元素之间的配比，并完成全部的铸锭制造过程。在一个优选方面，在步骤(I)中，还包括在结晶器部位或其附近施加电磁场、超声场或机械搅拌。在步骤(2)中，所述均匀化热处理通过选自下组的方式进行:(I)在460 480°C范围内，进行12 60h的单级均匀化热处理；(2)在400 490°C范围内，进行总时间为12 60h的双级均匀化热处理；(3)在400 490°C范围内，进行总时间为12 60h的多级均匀化热处理；和(4)在360 490°C范围内，进行总时间为24 72h的缓慢 连续升温均匀化热处理。在步骤(3)中，所述一次或多次变形加工采用选自挤压、拉拔、锻造、轧制及其组合的方式进行，每一次热变形加工前的预热温度为380 450°C，且预热时间为I 6h。在一个优选方面，采用选自挤压的方式进行，采取调控挤压速度的方式，并结合挤压工模具优化设计，以精确控制合金制品中再结晶组织比例、及变形件表面质量和尺寸公差。在步骤(4)中，所述固溶热处理需根据性能要求进一步调控制品中再结晶组织比例，并通过选自下组的方式进行:(I)在450 478°C范围内对制品进行I 12h的单级固溶热处理；(2)在440 485°C范围内对制品进行总时间为I 12h的双级固溶热处理；(3)在440 485°C范围内对制品进行总时间为I 12h的多级固溶热处理；和(4)在420 485°C范围内，进行总时间为I 12h的缓慢连续升温固溶热处理。在一个优选方面，采用缓慢连续升温固溶热处理，升温速率彡2°C /min，温度达到460°C之后的有效加热时间
f(min) = 50(min)+丨5( ) ’其中D为铝合金制品横截面等效圆的直径。在步骤(5)中，使用选自冷却介质浸没式淬火、喷淋式淬火、强风冷却及其组合的方式将合金制品迅速冷却至室温。在步骤(6)中，对合金制品进行三级时效热处理:第一级时效处理温度为105 125°C，保温I 24h ;之后在0.2 2h内连续升温至第二级时效热处理温度165 200°C，保温0.2 8h，采用水冷或空冷的方式快速冷却；第三级时效处理温度为100 140°C，保温I 36h。在一个优选方面，采用以下三级时效热处理:第一级时效处理温度为110 1200C，保温4 16h ;之后在0.5 Ih内连续升温至第二级时效热处理温度170 185°C，保温0.5 3h，采用水冷或空冷的方式快速冷却；第三级时效处理温度为115 125°C，保温8 28h。在步骤(5)和(6)之间，还可包括以下步骤:对经冷却的合金制品进行变形总量在I 5%范围内的预变形处理，并配合矫直处理，以有效消除制品中的残余内应力的同时控制制品的直线度等尺寸精度。其中，所述预变形处理为预拉伸或预压缩，所述矫直处理采用换向多次辊矫的方式进行。其中，如本发明所述的铝合金制品，其屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％IACS)之间满足关系:σ + 10 Y彡950，热导率大于或等于140W/(m.K)。优选所述铝合金制品的屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:σ +IOy彡985，热导率大于或等于155W/(m.K)。如本发明所述铝合金制品通过选自机械加工、化学铣削加工、电火花加工、激光加工及其组合的方式被加工为最终零部件。实施例1在实验室规模上制备合金，以证明本发明的原理。合金的成分组成如表I所示。通过业内所周知的合金熔炼、除气、除夹杂、以及半连续铸造的方法制备Φ210_的圆型铸锭，铸锭的均匀化退火制度选择为(440±5°C /12h) + (472±3°C /24h)，随后在空气中缓冷。经剥皮、锯切后得到Φ 190X400mm的挤压坯料。将挤压坯料在420± 10°C下预热4h，随后在800吨挤压机上进行挤 压成形，最终得到Φ20πιπι规格的挤压棒材制品，挤压比为16.7。为了更好地精确控制变形件表面质量以及尺寸公差，结合挤压工模具优化设计，并精确调控挤压速度。对这些合金挤压棒材定尺锯切后，采用缓慢连续升温的方式进行固溶热处理，升温速率为2V /min，炉温快速升至420°C后开始运行温控程序，温度达到460°C之后的有效加热时间为60min，水淬后立即进行矫直处理，随后根据合金成分的不同分别采用适宜的三级时效工艺对合金制品进行时效处理。依照相关的测试标准，对合金的室温拉伸性能、电导率、热导率、抗应力腐蚀性能及200°C高温拉伸屈服强度进行测试，结果如表2所示。表I实验室规模铸锭的合金成分
权利要求
1.一种适合于结构功能一体化用铝合金制品，其有如下性能:(a)具有高强度的同时具有高的电导率、以及良好的导热性能；其屈服强度> 570MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率γ (单位％ IACS)之间满足关系:σ +IOy彡950，热导率大于或等于140W/(m.K)；(b)具有低的残余应力:残余应力值彡50MPa，所述铝合金制品含有以重量百分比计的下述成分: Zn:5.5 10.0, Mg:1.5 2.8, Cu:1.5 2.5, Cr:0.01 0.50, Mn:0.05 0.50,Zr:0.01 0.20，且余者为Al、附带的元素和杂质，其中: (a)10.0 ( Zn+Mg+Cu ^ 14.0 ； (b)4.4 彡(Zn/Mg) +Cu ^ 6.5 ；(c)0.10 ( Cr+Mn+Zr ( 0.60 ;和(d)Cr ^ Mn ^ Cr+0.20。
2.根据权利要求1所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其含有以重量百分比计的下述成分: Zn:6.2 9.0, Mg: 1.8 2.4, Cu: 1.6 2.3, Cr:0.03 0.20, Mn:0.10 0.30, Zr:0.03 0.15，且余者为Al、附带的元素和杂质，其中: (a)10.2 ( Zn+Mg+Cu ^ 12.8 ； (b)4.6 彡(Zn/Mg) +Cu ^ 6.1 ；(c)0.34 ( Cr+Mn+Zr ( 0.48 ;和(d)Cr ^ Mn ^ Cr+0.17。
3.根据权利要求1或2所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中所述附带的元素包括选自T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf中的至少一种微合金化附带元素，需满足:所述微合金化元素的含量符合0.34wt% < [Cr+Mn+Zr+ (T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf中的至少一种)]^ 0.48wt%0
4.根据权利要求1或2所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中所述杂质含有:Fe ( 0.50wt%, Si ( 0.50wt%。
5.根据权利要求4 所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中所述杂质含有:Fe ( 0.40wt%, Si ( 0.20wt%。
6.根据权利要求1或2所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中，除T1、N1、Ag.Sc,Er和Hf以外的其它附带的元素和除Fe和Si以外的其它杂质元素每种彡0.10wt%,且其中所述其它附带的元素和其它杂质元素的总和< 0.20wt%。
7.根据权利要求6所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中，除T1、N1、Ag、Sc、Er和Hf以外的其它附带的元素和除Fe和Si以外的其它杂质元素每种彡0.05wt%，且其中所述其它附带的元素和其它杂质元素的总和彡0.12wt%0
8.根据权利要求1或2所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中所述铝合金制品中的Cu含量小于或等于Mg含量。
9.根据权利要求1或2所述的适合于结构功能一体化用铝合金制品，其中所述铝合金制品的截面最小厚度为0.1 200mm,且所述招合金制品是挤压制品、拉拔制品、乳制制品、锻造制品或铸造制品。
10.生产该铝合金制品的方法，其包括以下步骤:(1)按照权利要求1 9中任一项所述的铝合金制品中的成分和含量，制造半连续铸造铸锭或模铸件； (2)对所得铸锭或铸件进行均匀化热处理； (3)对经均匀化热处理的铸锭进行一次或多次变形加工成工件，从而得到所需规格的合金制品； (4)对变形加工件或经均匀化热处理的铸件进行固溶热处理； (5)将经固溶热处理的合金制品迅速冷却到室温；和 (6)对冷却到室温的合金制品进行时效热处理以获得关键性能的匹配，以得到所需的结构功能一体化用铝合金制品。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(I)中，采用熔炼、除气、除夹杂及半连续铸造的方式进行铸锭的制造；在熔炼过程中，通过在线成分检测分析，快速补充调整合金元素之间的配比，并完成全部的铸锭制造过程。
12.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(I)中，还包括在半连续铸造的方式进行铸锭所用结晶器部位或其附近施加电磁场、超声场或机械搅拌。
13.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(2)中，所述均匀化热处理通过选自下组的方式中的一组或多组进行: (1)在460 480°C范围内，进行12 60h的单级均匀化热处理； (2)在400 490°C范围内 ，进行总时间为12 60h的双级均匀化热处理； (3)在400 490°C范围内，进行总时间为12 60h的多级均匀化热处理；和 (4)在360 490°C范围内，进行总时间为24 72h的缓慢连续升温均匀化热处理。
14.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(3)中，所述一次或多次变形加工采用选自挤压、拉拔、锻造、轧制中的一种或及其组合的方式进行，每一次热变形加工前的预热温度为380 450°C，且预热时间为I 6h。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(3)中，所述一次或多次热变形加工采用挤压的方式进行，其中，采取调控挤压速度的方式，并结合挤压工模具优化设计，以精确控制合金制品中再结晶组织比例、及变形件表面质量和尺寸公差。
16.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(4)中，所述固溶热处理需根据性能要求进一步调控制品中再结晶组织比例，并通过选自下组的方式中的一组或多组进行: (1)在450 478°C范围内对制品进行I 12h的单级固溶热处理； (2)在440 485°C范围内对制品进行总时间为I 12h的双级固溶热处理； (3)在440 485°C范围内对制品进行总时间为I 12h的多级固溶热处理；和 (4)在420 485°C范围内，进行总时间为I 12h的缓慢连续升温固溶热处理。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，从室温升到固溶热处理的温度范围内采用缓慢连续升温，升温速率彡2 °C /min，温度达到460°C之后的有效加热时间/(min) = 50(min) + i 二:^) ’其中D为铝合金制品横截面等效圆的直径。
18.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(5)中，使用选自冷却介质浸没式淬火、喷淋式淬火、强风冷却中的一种或及其组合的方式将合金制品迅速冷却至室温。
19.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤￠)中，对合金制品进行三级时效热处理:第一级时效处理温度为105 125°C，保温I 24h ;之后在0.2 2h内连续升温至第二级时效热处理温度165 200°C，保温0.2 8h，采用水冷或空冷的方式快速冷却，冷却至室温或室温至0°C ;第三级时效处理温度为100 140°C，保温I 36h。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述三级时效热处理为:第一级时效处理温度为110 120°C，保温4 16h ;之后在0.5 Ih内连续升温至第二级时效热处理温度170 185°C，保温0.5 3h ;第三级时效处理温度为115 125°C，保温8 28h。
21.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(5)和(6)之间，还可包括以下步骤:对冷却到室温的合金制品进行变形总量在I 5%范围内的预变形处理，并配合矫直处理，以有效消除制品中的残余内应力的同时控制制品的直线度等尺寸精度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述预变形处理为预拉伸或预压缩。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述矫直处理采用换向多次辊矫的方式进行。
24.用权利要求8 23中任一项所述方法制造的铝合金制品，其中所述铝合金制品的屈服强度彡570MPa，且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS)之间满足关系:σ +IOy彡950，热导率大于或等于140W/(m.K)。
25.根据权利要求24所述的铝合金制品，其中所述铝合金制品的屈服强度彡590MPa,且屈服强度σ (单位MPa)与电导率Y (单位％ IACS) 之间满足关系:σ + 10 Y彡985，热导率大于或等于155W/(m.K)。
26.根据权利要求24或25所述的铝合金制品，其中所述铝合金制品通过选自机械加工、化学铣削加工、电火花加工、激光加工及其组合的方式被加工为最终零部件。
全文摘要
一种适用于结构功能一体化用铝合金制品及制备方法，所述铝合金制品含有以重量百分比计的下述成分Zn5.5～10.0，Mg1.5～2.8，Cu1.5～2.5，Cr0.01～0.50，Mn0.05～0.50，Zr0.01～0.20，且余者为Al、附带的元素和杂质，所述铝合金制品中的成分满足(a)10.0≤Zn+Mg+Cu≤14.0；(b)4.4≤(Zn/Mg)+Cu≤6.5；(c)0.10≤Cr+Mn+Zr≤0.60；和(d)Cr≤Mn≤Cr+0.20。该铝合金制品具有高强度的同时具有高的电导率、以及良好的导热性能；同时具有低的残余应力和良好的表面质量及尺寸精度。本发明还涉及该铝合金制品的制备方法。
文档编号C22C21/10GK103233148SQ20121030360
公开日2013年8月7日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者张永安, 李锡武, 熊柏青, 朱宝宏, 李志辉, 王 锋, 刘红伟 申请人:北京有色金属研究总院