一种抑制A7N01铝合金表面粗晶环产生的方法与流程

本发明涉及铝合金的生产领域，具体说是一种抑制a7n01铝合金表面粗晶环产生的方法。

背景技术：

a7n01合金是以zn和mg为主合金元素的7xxx系铝合金，具有良好的挤压性能，能挤压形状复杂的薄壁型材，焊接性能好，焊缝质量高，能有效地利用铝合金质量轻、强度高、加工性好、可焊接、耐腐蚀、美观等原有的特性，是理想的中强焊接结构材料，广泛应用于轨道车辆结构零件。

a7n01铝合金在挤压过程中容易在表面形成粗晶环，这主要是由于金属发生了再结晶晶粒的异常长大。粗晶环不但降低挤压制品淬火时效状态，而且对合金的力学性能和疲劳性能也会产生不利的影响。目前消除或减少粗晶环的工艺和质量保证措施主要通过控制挤压工艺、热处理工艺和调整合金成分来实现的，但相关的措施将会降低合金的表面质量、恶化挤压性能和力学性能，并增加淬火敏感性，因此急需寻找更为有效的方法抑制表面粗晶环的产生。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的是提供一种抑制a7n01铝合金表面粗晶环缺陷产生的方法，利用添加的sc元素抑制再结晶的发生，细化微观组织。

本发明的技术方案是：

一种抑制a7n01铝合金表面粗晶环产生的方法，包括以下工艺步骤：

1)将工业纯al、纯zn、纯mg、al-mn中间合金、al-cr中间合金、al-zr中间合金、al-ti中间合金按照设计成分进行配料，通过在原料中加入al-sc中间合金引入微量稀土元素钪，将上述原料在石墨坩埚炉中真空熔炼，合金熔炼温度为720±10℃，随后进行浇铸；

2)将a7n01铝合金铸锭在470±10℃均匀化处理24h，空冷；

3)将均匀化处理后的a7n01铝合金铸锭在450±10℃预热1h，然后进行挤 压成型，挤压磨具温度为420±10℃，挤压制品流出速度为10～20m/min，挤压比为30～45，随后风冷；

4)将挤压成型后的a7n01铝合金放在室温自然时效72h。

所述的抑制a7n01铝合金表面粗晶环产生的方法，按元素质量百分比计，a7n01铝合金铸锭成分为，锌：4.0～5.0％，镁：1.0～2.0％，铜：≤0.20％，锰：0.20～0.7％，钪：0.05～0.15％，铬：≤0.30％，锆：≤0.25％，钛：≤0.20％，钒：≤0.10％，余量为铝和不可避免的杂质。

所述的抑制a7n01铝合金表面粗晶环产生的方法，挤压成型的制品为棒材或型材。

本发明的设计思想是：

本发明通过添加微量稀土元素钪，利用热加工和热处理期间析出的细小弥散al3(sc,zr)相钉扎晶界和亚晶界的作用，抑制了a7n01铝合金挤压棒材和型材表面粗晶环的产生，显著细化了合金的微观组织。sc属于过渡族元素和稀土元素，它在铝及铝合金中，既有稀土元素净化熔体和改善铸锭组织的作用，又有过渡元素细化晶粒、抑制再结晶的作用。研究表明采用适量的sc和正确的工艺，能使铝合金的再结晶温度提高到450～550℃。由于a7n01铝合金中通常含有一定量的zr元素，sc和zr的同时添加能够显著地提高铝合金的再结晶温度和力学性能，这主要是由于合金在热加工和热处理期间能够在基体内析出细小的、弥散的al3(sc,zr)相，起到强烈钉扎晶界和亚晶界的作用。同时，sc的添加能够降低淬火敏感性，不会恶化a7n01铝合金的焊接性能。

本发明的优点及有益效果是：

本发明在合金成分满足a7n01相关标准要求的前提下，通过引入微量稀土元素sc，显著抑制了a7n01铝合金挤压制品表面粗晶环缺陷的产生，同时细化了合金的微观组织。而且通过引入微量稀土元素钪，能够在a7n01铝合金挤压制品基体内生成细小弥散的纳米级al3(sc,zr)相，起到弥散强化的作用。

附图说明

图1为未添加钪的a7n01铝合金挤压制品金相组织。

图2为添加0.06％钪的a7n01铝合金挤压制品金相组织。

图3为添加0.13％钪的a7n01铝合金挤压制品金相组织。

图4为添加0.13％钪的a7n01铝合金挤压制品tem形貌。

具体实施方式

以下结合实施案例对本工艺方法作进一步的说明，但本发明不局限于这些实施例。

实施例1

本实施例中，含0.06wt％钪的a7n01铝合金挤压制品的制备过程：

1)将工业纯al、纯zn、纯mg、al-mn中间合金、al-cr中间合金、al-zr中间合金、al-ti中间合金按照设计成分进行配料，设计成分满足a7n01铝合金相关标准规定：按元素质量百分比计，锌:4.13％，镁:1.31％，锰:0.30％，铬:0.21％，锆:0.10％，钛:0.06％，余量为铝和不可避免的杂质。并且，通过在原料中添加al-sc中间合金引入质量分数为0.06％的微量稀土元素钪。将上述原料在石墨坩埚炉中真空熔炼，首先将纯al和al-cr中间合金在石墨坩埚炉中精炼15～20分钟，然后加入其余原料在720℃熔炼，随后进行浇铸凝固。

2)制备的a7n01铝合金铸锭在箱式电阻炉中加热至470℃，保温24h，空冷。

3)将a7n01铝合金铸锭在450℃预热1h，然后进行挤压成型，挤压模具温度为420℃，挤压制品流出速度为10～20m/min，挤压比为30～45，随后风冷。

4)将挤压成型后的a7n01铝合金放在室温自然时效72h。

图1为不含钪的a7n01铝合金挤压制品纵向微观组织，从图1中可以看出在挤压制品边缘部位形成了一层粗晶粒层，合金的微观组织比较粗大。图2为含0.06wt％钪的a7n01铝合金挤压制品纵向微观组织，从图2中可以看出挤压制品边缘部位没有形成粗晶环缺陷，这主要是因为添加微量钪时，在均匀化处理期间弥散析出了纳米级的共格al3(sc,zr)相。在随后的热加工过程中，这些al3(sc,zr)弥散相能够强烈的钉扎亚晶界，起到抑制再结晶的作用，al3(sc,zr)相在挤压制品基体内的分布如图4所示，图中箭头所指即为纳米al3(sc,zr)相。与此同时，与不含钪的a7n01铝合金相比，含0.06wt％钪的a7n01铝合金微观组织显著细化。

实施例2

本实施例中，含0.13wt％钪的a7n01铝合金挤压制品的制备过程：与上述方法一致，区别在于a7n01铝合金基体中添加了0.13wt％的钪。其纵向微观组织如图3所示，从图3中可以看出，挤压制品边缘部位仍没有形成粗晶环缺陷，这主要也得益于al3(sc,zr)弥散相强烈地抑制再结晶的效果。与含0.06wt％钪的a7n01铝合金相比，含0.13wt％钪的a7n01铝合金微观组织进一步细化。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的技术方案进行描述，本发明不受上述实施例的限制。在不脱离本发明的设计精神和范围的前提下，本领域的技术人员对本发明的各种改进和变化，均应落入本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

技术总结
本发明涉及铝合金的生产领域，具体说是一种抑制A7N01铝合金表面粗晶环产生的方法。在合金熔炼时引入微量稀土元素钪，其重量百分比为0.05～0.15％，制备了含钪的A7N01铝合金铸锭。铸锭经过均匀化处理、挤压成型、在线风冷及自然时效处理后，挤压制品表面粗晶环缺陷被抑制，而且合金的微观组织被显著细化。本发明所适用的A7N01铝合金成分为，按元素质量百分比计，锌:4.0～5.0％，镁:1.0～2.0％，铜:≤0.20％，锰:0.20～0.7％，铬:≤0.30％，锆:≤0.25％，钛:≤0.20％，钒:≤0.10％，余量为铝和不可避免的杂质。本发明通过引入微量稀土元素钪，能够在A7N01铝合金挤压棒材基体内生成细小弥散的纳米级Al3(Sc,Zr)相，起到弥散强化的作用。

技术研发人员：姜海昌;李召明;闫德胜;王昀立;付鸿;戎利建
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2016.03.03
技术公布日：2017.09.12