720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法
【专利摘要】一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及制备方法，其特征是所述的合金主要由铝、锌、镁、铜、锆和锶组成，其中，锌的质量百分比为10.78~11.54%，镁的质量百分比为2.78~3.51%，铜的质量百分比为2.26~2.59%，锆的质量百分比为0.221~0.24%，锶的质量百分比为0.0025~0.0465%，余量为铝和少量杂质元素。合金制备方法依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火；（3）热挤压；（4）预回复退火；（5）固溶处理；（6）预塑性变形（2%）和（7）时效处理。本发明合金晶粒细小（其平均晶粒尺寸约为3.26~5.563μm），低角度晶界多（其低角度晶界比例约为66.8~79.38%），最高强度可达759.2MPa同时延伸率为8.0％的优点。
【专利说明】720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金材料，尤其是一种新型7000系铝合金及其制备方法，具体地说是一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高强铝合金具有低密度、高强度、高韧性、耐腐蚀、易加工、低成本、易回收、环境友好等特点，是飞机的主要结构材料。长期以来，研制强度级别更高的铝合金一直备受关注。
[0003]20世纪90年代中期，发达国家利用喷射成形快速凝固技术成功地开发制各出了750MPa强度级超高强7000系铝合金，其典型合金为RSA_7034(A1 -1lZn- 2.3Mg 一 ICu),走在了世界前列。但是，喷射成形快速凝固技术制备的铝合金价格高昂，并且难以制备大型锭坯，限制了广泛应用。
[0004]为了保证7000系铝合金具有超高强度，合金的锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)等合金化元素的含量必须高，以便通过时效沉淀相的大量析出保证合金的超高强度。除成分外，制备技术也非常关键。预回复退处理可以在合金晶粒没有明显长大的基础上，使合金组织发生回复，减小合金在固溶时的再结晶驱动力，便于合金固溶后保留小角度晶界，显著提高合金的强度。预变形可以引入位错，一方面通过位错强化提高合金强度，另一方面提供大量时效沉淀相的析出位置，使时效沉淀相的析出更为细小、均匀，提高合金强度。
[0005]现有热处理工艺往往难以兼顾高合金化7000系铝合金合金化的力学性能和抗腐蚀性能，往往会造成厚此薄彼的情况发生，这将严重制约高合金化7000系铝合金的使用，所以亟需一种工艺方法来有效提高高合金化7000系铝合金的综合性能。
[0006]到目前为止，尚未有一种具有自主知识产权的720_750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对750MPa强度级超高强7000系铝合金大多采用快速凝固所造成的成形难度大的问题，发明一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金，同时提供其制备方法。
[0008]本发明的技术方案之一是:
一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金，其特征在于:它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锆(Zr)和锶(Sr)组成，其中，锌(Zn)的质量百分比为10.78~11.54%，镁(Mg)的质量百分比为2.78~3.51%，铜(Cu)的质量百分比为2.26~2.59%，锆(Zr)的质量百分比为0.221~0.24%，锶(Sr)的质量百分比为0.0025~0.0465%，余量为铝和少量杂质元素。所述的锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)其总质量百分比含量为16.15~17.31%。
[0009] 本发明的技术方案之二是:
一种720-750MPaa超高强度非快速凝固铝合金的制备方法，其特征是它依次包括:(1)熔铸；(2)均质化退火；(3)热挤压；(4)预回复退火；(5)固溶处理；(6)预变形和(7)时效处理；
所述的熔铸是指将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、纯Zn和纯Mg，待所有中间合金熔化后再加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5~10 min后去渣并浇铸成锭，所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为 4.11% ；
所述的均质化退火是指将熔铸所得的合金依次经过温度分别为400±5°C X6h，420±5°C X6h，440±5°C X6h 和 460±5°C X12h 的四次退火；
所述的热挤压是指将经过均质化退火的合金加热至480±5°C并保温8h后进行挤压比为12的热挤压；
所述的预回复退火是指将经过热挤压的合金再次经过250±5 0C X24h、300±5 °C X6h、350±5 V X6 h 和 400±5 V X6 h 的四次退火；
所述的固溶处理是指将经过预回复退火的合金进行450 ±5 °C X2h、460±5°C X2h和470±5°C X2h保温处理，然后在室温下进行水淬； 所述的预变形是指使经过固溶处理的合金进行2%的塑性变形；
所述的时效处理是指将经过预变形的合金进行121±5 °C X24h或者进行121±5°C X5h 力卩 133±5°C X16h 的时效处理。
[0010]上述各制备工艺的最佳温度分别是:
均质化退火的四次退火温度分别为400°c，420°c，44(rc和460°C;热挤压温度为480°C;预回复退火温度分别为250 °C、300 °C >350 V和400 V ；固溶处理温度分别为450 V、460 V和470 0C ;时效处理温度分别为1211:或1211:加1331:。
[0011]本发明的有益效果:
(I)本发明获得了一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金的成分及其制备方法。
[0012](2)本发明合金晶粒细小(其平均晶粒尺寸约为3.26^5.563 μ m)，低角度晶界多(其低角度晶界比例约为66.8^79.38%)，最高强度可达759.2MPa同时延伸率为8.0%。
[0013]
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例一的EBSD组织照片。
[0015]图2是本发明实施例一的晶粒尺寸分布图。
[0016]图3是本发明实施例一的晶界角度分布图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0018]实施例一 如图1、2、3所示。
[0019]一种720_750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法:
按28kg铝合金配制为例。[0020]先将 20.55 kg AOO 等级纯 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质)熔化后依次加入 1.54 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中间合金(Cu 的损失率约为
6.25%)、 0.53 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中间合金(Sr 的损失率约为 75%)、1.64 kg Al-Zr 中间合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的损失率约为8%)、3.28 kg纯Zn (Zn的损失率约为8%)、0.97 kg纯Mg (Mg的损失率约为20%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为56 g)，静置保温5~10 min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金依次进行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均质化退火、480°C保温 8h 后进行挤压比为 12 的挤压、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h的预回复退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121°C X24h的时效处理；即获得一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法。
[0021 ] 本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为:10.78%Zn, 2.78%Mg, 2.59%Cu,0.221% Zr, 0.0465%Sr,余量为铝和杂质元素。
[0022]本实施例的铝合金晶粒尺寸细小，其平均晶粒尺寸为5.563 μπι (附图1、附图2)，低角度晶界数量多，其低角度晶界比例为66.8% (附图3)，实测强度为728 MPa、延伸率为
7.0%。
[0023]实施例二
一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法:
按28kg铝合金配制为例。
[0024]先将20.68 kg AOO 等级纯 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质)熔化后依次加入 1.35 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中间合金(Cu 的损失率约为
6.25%)、0.028 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中间合金(Sr 的损失率约为 75%)、1.78 kg Al-Zr 中间合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的损失率约为8%)、3.51 kg纯Zn (Zn的损失率约为8%)、1.20 kg纯Mg (Mg的损失率约为20%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为56 g)，静置保温5~10 min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均质化退火、480°C保温8h 后进行挤压比为 12 的挤压、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h 的预回复退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121°C X24h的时效处理；即获得一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法。
[0025]本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为:11.54%Zn, 3.51%Mg, 2.26%Cu,0.24Zr% , 0.0025%Sr,余量为铝和杂质元素。
[0026]本实施例的铝合金的本实施例的铝合金晶粒尺寸细小，其平均晶粒尺寸为3.26 ym，低角度晶界数量多，其低角度晶界比例为66.8%，实测强度为727.7MPa、延伸率为6.4%。
[0027]实施例三。
[0028] 一种720_750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法:
按28kg铝合金配制为例。
[0029]先将20.65 kg AOO 等级纯 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质)熔化后依次加入 1.45 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中间合金(Cu 的损失率约为
6.25%)、0.040 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中间合金(Sr 的损失率约为 75%)、1.68 kg Al-Zr 中间合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的损失率约为8%)、3.50 kg纯Zn (Zn的损失率约为8%)、1.23 kg纯Mg (Mg的损失率约为20%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金或金属熔化后加入后一种中间合金或金属，待全部依次熔化到铝溶液中后加入六氯乙烷精炼直至没有气体溢出(加入量为56 g)，静置保温5~10 min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均质化退火、480°C保温8h 后进行挤压比为 12 的挤压、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h 的预回复退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121°C X24h的时效处理；即获得一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法。
[0030]实施例四
本实施例与实施例一类同，不同之处在于时效处理工艺改为121°C X5h+133°C X16h。
[0031]本实施例的铝合金的实测强度为754.45 MPa、延伸率为7.0%。
[0032]实施例五
本实施例与实施例二类同，不同之处在于时效处理工艺改为121°C X5h+133°C X16h。
[0033]本实施例的铝合金的实测强度为759.2MPa、延伸率为8.0%。
[0034]实施例六
本实施例与实施例一至五的区别是各工艺温度上升或下降5°C，其余工艺条件不变。所得的成品性能与实施例一至五大致相同，误差小于1%。
[0035]以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金及其制备方法。
[0036]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种720-750MPa超高强度非快速凝固铝合金，其特征在于:它主要由铝(Al)、锌(Zn)、镁(Mg)、铜(Cu)、锆(Zr)和锶(Sr)组成，其中，锌(Zn)的质量百分比为10.78~11.54%，镁(Mg)的质量百分比为2.78~3.51%，铜(Cu)的质量百分比为2.26~2.59%，锆(Zr)的质量百分比为0.221~0.24%，锶(Sr)的质量百分比为0.0025~.0465%，余量为铝和少量杂质元素。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征是所述的锌(Zn)、镁(Mg)和铜(Cu)三者之和的质量百分比含量为16.15~17.31%。
3.—种权利要求1所述的720-750MPaa超高强度非快速凝固铝合金的制备方法，其特征是它依次包括:(I)熔铸；(2)均质化退火；(3)热挤压；(4)预回复退火；(5)固溶处理；(6);预变形和(7)时效处理； 所述的熔铸是指将纯Al熔化后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、纯Zn和纯Mg，待所有中间合金熔化后再加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5~10 min后去渣并浇铸成锭，所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为.50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为 4.11% ； 所述的均质化退火是指将熔铸所得的合金依次经过温度分别为400±5°C X6h，.420±5°C X6h，440±5°C X6h 和 460±5°C X12h 的四次退火； 所述的热挤压是指将经过均质化退火的合金加热至480±5°C并保温8h后进行挤压比为12的热挤压； 所述的预回复退火是指将经过热挤压的合金再次经过250±5 0C X24h、300±5 °C X6h、350±5 V X6 h 和 400±5 V X6 h 的四次退火； 所述的固溶处理是指将经过预回复退火的合金进行450±5°C X2h、460±5°C X2h和.470±5°C X2h保温处理，然后在室温下进行水淬； 所述的预变形是指使经过固溶处理的合金进行2%的塑性变形； 所述的时效处理是指将经过预变形的合金进行121 ± 5 °C X 2 .4h或者进行.121±5°C X5h 133±5°C X16h 的时效处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的均质化退火的四次退火温度分别为.400°C，420°C，44(TC和460°C ;所述的热挤压温度为480°C ;所述的预回复退火温度分别为.250 °C、300°C、350°C和400°C;所述的固溶处理温度分别为.450°C、460°C和470°C;所述的时效处理温度分别为1211:或1211:加1331:。
【文档编号】C22C21/10GK103993211SQ201410248598
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】许晓静, 蒋伟, 孙良省, 王宏宇, 邓平安, 吴瑶, 赵建吉, 范亚洲 申请人:江苏大学