CN104004947B - 600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金及制备方法，其特征是所述的铝合金主要由Al、Zn、Mg、Cu、Zr和Sr组成，其中，Zn的质量百分比为10.78-13.01%，Mg的质量百分比为2.78-3.56%，Cu的质量百分比为1.12-2.80%，Zr的质量百分比为0.183-0.221%，Sr的质量百分比为0.0456-0.0751%，余量为铝和少量杂质元素。所述的锌、镁、铜的总质量百分比含量为16.15-18.97%。所述的制备方法依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火（400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h）；（3）热挤压（挤压比12）；（4）预回复退火（250℃×24h+300℃×6h+350℃×6h+400℃×6h）；（5）固溶处理（450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h）；（6）预塑性变形（2%）和（7）时效处理（121℃×5h+153℃×16h）。本发明合金强度高达600-650MPa，晶间腐蚀深度为30-100微米。
Description
技术领域
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600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
7000系高强铝合金具有比强度高、制造成本低、工艺性能好等一系列特点，诞生了7075、7150、7055、7085等代表的合金，满足了不同历史时期航空航天、武器装备以及民用工业领域的发展需求。
晶间腐蚀是高强铝合金常见的一种腐蚀形态，也是一种基础腐蚀形态，对高强铝合金使用寿命和使用安全性带来很大的损害。一般而言，高强铝合金的强度愈高，晶间腐蚀性能愈低。现有的7000系高强铝合金当强度在600-650MPa时，其晶间腐蚀深度一般远高于100μm。
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。另一方面，为了保证7000系铝合金具有高的抗腐蚀性，合金的组织结构控制尤其重要。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，显著提高合金的抗腐蚀性。预变形可以引入位错，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均匀，提高合金的抗腐蚀性。T76时效（如121℃×5h+153℃×16h）使合金的晶界时效沉淀相呈不连续状态，提高合金的抗腐蚀性。
到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金可供使用，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
本发明的目的是针对现有的7000系600-650MPa强度铝合金存在的强度与高抗高抗晶间腐蚀很难兼顾的问题，通过成分设计和制备技术设计，发明一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金及其制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，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10.78-13.01%，镁（Mg）的质量百分比为2.78-3.56%，铜（Cu）的质量百分比为1.12-2.80%，锆（Zr）的质量百分比为0.183-0.221%，锶（Sr）的质量百分比为0.0456-0.0751%，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16.15-18.97%。
本发明的技术方案之二是：
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金的制备方法，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；（7）时效处理；
所述的熔铸：其过程为将纯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，待所有中间合金和金属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5-10min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：其工艺为400±5℃×6h+420±5℃×6h+440±5℃×6h+460±5℃×12h；
所述的热挤压：其工艺为将合金加热至480±5℃并保温8h后进行挤压比为12的挤压；
所述的预回复退火：其工艺为250±5℃×24h+300±5℃×6h+350±5℃×6h+400℃×6h；
所述的固溶处理：其工艺为450±5℃×2h+460±5℃×2h+470±5℃×2h保温后室温水淬；
所述的预变形：其工艺为2%的塑性变形；
所述的时效处理：其工艺为121±5℃×5h+153±5℃×16h；
即可获得强度为600-650MPa的高抗晶间腐蚀铝合金。
上述制备工艺中最佳的工艺温度分别为：
均质化退火最佳温度分别为400℃、420℃、440℃和460℃；热挤压加热最佳温度为480℃；预回复退火最佳温度分别为250℃、300℃、350℃和400℃；固溶处理最佳温度分别为450、460和470℃；时效处理最佳温度分别为121和153℃。
本发明的有益效果：
（1）本发明获得了一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，按国标GB/T7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）其晶间腐蚀深度为30-100μm。
（2）本发明公开了一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金的成分与制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国航空航天、武器装备等领域的需求。
（3）本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。
附图说明
图1是本发明实施例一晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图2是本发明实施例二晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图3是本发明实施例三晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图4是本发明实施例四晶间腐蚀试验后横截面金相图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示。
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，其制备方法为：
按28kg铝合金配制为例。
先将20.55kgA00等级纯Al（成分：99.79%Al,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1.54kgAl-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、0.53kgAl-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.64kgAl-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、3.28kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、0.97kg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56g)，静置保温5-10min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h的均质化退火、480℃保温8h后进行挤压比为12的挤压、250℃×24h+300℃×6h+350℃×6h+400℃×6h的预回复退火、450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121℃×5h+153℃×16h的时效处理；即获得一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金。
本实施例的铝合金的实测强度为600.6MPa、延伸率为7.3％，硬度为210.9HV，电导率为31.9％IACS；按国标GB/T7998-2005其晶间最大腐蚀深度为30μm（附图1）。
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。
实施例二
如图2所示。
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，其制备方法为：
按28kg铝合金配制为例。
先将20.69KgA00等级纯Al（成分：99.79%Al,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0.67kgAl-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、0.63kgAl-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.56kgAl-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、3.79kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.25kg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56g)，静置保温5-10min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h的均质化退火、480℃保温8h后进行挤压比为12的挤压、250℃×24h+300℃×6h+350℃×6h+400℃×6h的预回复退火、450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121℃×5h+153℃×16h的时效处理；即获得一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金。
本实施例的铝合金的实测强度为600.4MPa、延伸率为7.0％，硬度为196.9HV，电导率为32.5％IACS；按国标GB/T7998-2005其晶间最大腐蚀深度为60μm（附图2）。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：12.45%Zn,3.56%Mg,1.12%Cu,0.21％Zr,0.0553%Sr,余量为铝和杂质元素。
实施例三
如图3所示。
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，其制备方法为：
按28kg铝合金配制为例。
先将20.19kgA00等级纯Al（成分：99.79%Al,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1.48kgAl-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、0.76kgAl-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.36kgAl-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、3.73kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.04kg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56g)，静置保温5-10min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h的均质化退火、480℃保温8h后进行挤压比为12的挤压、250℃×24h+300℃×6h+350℃×6h+400℃×6h的预回复退火、450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121℃×5h+153℃×16h的时效处理；即获得一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金。
本实施例的铝合金的实测强度为650.4MPa、延伸率为7.7％，硬度为207.1667HV，电导率为32.7％IACS；按国标GB/T7998-2005其晶间最大腐蚀深度为100μm（附图3）。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：12.26%Zn,2.96%Mg,2.49%Cu,0.183％Zr,0.0673%Sr,余量为铝和杂质元素。
实施例四
如图4所示。
一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，其制备方法为：
按28kg铝合金配制为例。
先将19.42kgA00等级纯Al（成分：99.79%Al,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1.67kgAl-Cu(49.62%Al,50.12%Cu,0.15%Fe,0.11%Si)中间合金(Cu的损失率约为6.25%)、0.85kgAl-Sr(89.86%Al,9.89%Sr,0.15%Fe,0.10%Si)中间合金(Sr的损失率约为75%)、1.51kgAl-Zr中间合金(95.69%Al,4.11%Zr,0.20%Fe,0.10%Si)(Zr的损失率约为8%)、3.96kg纯Zn(Zn的损失率约为8%)、1.11kg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56g)，静置保温5-10min并去渣后浇铸成锭；对熔铸成锭的合金进行400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h的均质化退火、480℃保温8h后进行挤压比为12的挤压、250℃×24h+300℃×6h+350℃×6h+400℃×6h的预回复退火、450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h保温后室温水淬固溶处理、2%塑性变形的预变形、121℃×5h+153℃×16h的时效处理；即获得一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金。
本实施例的铝合金的实测强度为603.9MPa、延伸率为6.3％，硬度为226.3HV，电导率为30.1％IACS；按国标GB/T7998-2005其晶间最大腐蚀深度为60μm（附图4）。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：13.01%Zn,3.16%Mg,2.8%Cu,0.204Zr％,0.0751%Sr,余量为铝和杂质元素。
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600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金。
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。
Claims (3)
1.一种600-650MPa强度高抗晶间腐蚀铝合金，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10.78-13.01%，镁（Mg）的质量百分比为2.78-3.56%，铜（Cu）的质量百分比为1.12-2.80%，锆（Zr）的质量百分比为0.183-0.221%，锶（Sr）的质量百分比为0.0456-0.0751%，余量为铝和少量杂质元素，其特征在于它依次采用以下步骤制备而成：（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：其过程为将纯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，待所有中间合金和金属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5-10min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：其工艺为400±5℃×6h+420±5℃×6h+440±5℃×6h+460±5℃×12h；
所述的热挤压：其工艺为将合金加热至480±5℃并保温8h后进行挤压比为12的挤压；
所述的预回复退火：其工艺为250±5℃×24h+300±5℃×6h+350±5℃×6h+400℃×6h；
所述的固溶处理：其工艺为450±5℃×2h+460±5℃×2h+470±5℃×2h保温后室温水淬；
所述的预变形：其工艺为2%的塑性变形；
所述的时效处理：其工艺为121±5℃×5h+153±5℃×16h；
即可获得强度为600-650MPa的高抗晶间腐蚀铝合金。
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）、铜（Cu）三者之和的质量百分比含量为16.15-18.97%。
3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征是所述的均质化退火温度分别为400℃、420℃、440℃和460℃；所述的热挤压加热温度为480℃；所述的预回复退火温度分别为250℃、300℃、350℃和400℃；所述的固溶处理温度分别为450、460和470℃；所述的时效处理温度分别为121和153℃。
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