CN107619976B

CN107619976B - 一种Al-Zn-Mg合金及其制备方法

Info

Publication number: CN107619976B
Application number: CN201710677461.6A
Authority: CN
Inventors: 孙琳; 林化强; 林鹏; 田爱琴; 丁叁叁
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: CN107619976A

Abstract

本发明属于铝合金领域，尤其涉及一种Al‑Zn‑Mg合金，该合金按质量百分比计，包括如下成分：wt.％Zn＝4.0～6.0，wt.％Mg＝0.5～2.0，wt.％Mn＝0.1～0.5，wt.％Cr＝0.05～0.45，wt.％Zr＝0.05～0.3，wt.％V＝0.1～0.3，Cu，Ti，不可避免的杂质元素Fe、Si，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；其中：wt.％Cu＝(wt.％V‑0.1)×2.0～4.0；wt.％Ti＝0.1～0.35‑wt.％V；所述其他不可避免的杂质元素总质量不超过合金总质量的0.2％，单种杂质元素质量不超过合金总质量的0.05％。本发明同时提供了一种该Al‑Zn‑Mg合金的制备方法。本发明的Al‑Zn‑Mg合金强度高、耐蚀性能好，且焊接性能优异。

Description

一种Al-Zn-Mg合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金领域，尤其涉及一种Al-Zn-Mg合金及其制备方法。

背景技术

交通工具的轻量化是人们一直追逐的目标。轻质高强结构材料的应用可显著地降低交通工具的燃油消耗，提高运输效率。为了提高构件的可靠性、延长寿命，结构材料的耐蚀性能及焊接性也至关重要。

铝合金因具有比强度高、耐蚀性能好、易加工等突出特点而广泛用作轨道交通、航空航天等领域的结构材料。Al-Zn-Mg系铝合金是热处理可强化合金，时效后其强度可大幅度上升，同时因为密度小，为人们所青睐，成为轨道交通、航空航天等首选的结构材料。在实际构件的制备过程中，往往需要进行焊接，因此，这些材料的可焊接性能成为决定构件性能的一个关键因素。另外，在长时间的服役过程中，构件往往遭受侵蚀介质的作用而发生腐蚀，严重时能导致构件的提前破坏，缩短寿命，危及安全。因此，如何获得强度高、耐腐蚀、焊接性能良好的高综合性能的Al-Zn-Mg合金一直是金属材料领域努力的目标。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高强、耐蚀和高焊接性能的Al-Zn-Mg合金，同时提供了一种该Al-Zn-Mg合金的制备方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种Al-Zn-Mg合金，按质量百分比计，包括如下成分：wt.％Zn＝4.0～6.0，wt.％Mg＝0.5～2.0，wt.％Mn＝0.1～0.5，wt.％Cr＝0.05～0.45，wt.％Zr＝0.05～0.3，wt.％V＝0.1～0.3，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.4，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.4，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×2.0～4.0；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.1～0.35-wt.％V；

所述其他不可避免的杂质元素总质量不超过合金总质量的0.2％，在所述其他不可避免的杂质元素中，单种杂质元素质量不超过合金总质量的0.05％。

本发明提供了所述Al-Zn-Mg合金的一种优选方案，即，按质量百分比计，包括如下成分：wt.％Zn＝4.5～5.5，wt.％Mg＝0.8～1.8，wt.％Mn＝0.15～0.45，wt.％Cr＝0.1～0.4，wt.％Zr＝0.05～0.25，wt.％V＝0.11～0.25，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.35，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.35，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×2.5～3.5；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.15～0.3-wt.％V；

所述其他不可避免的杂质元素总质量不超过合金总质量的0.15％，在所述其他不可避免的杂质元素中，单种杂质元素质量不超过合金总质量的0.05％。

优选的，wt.％Zn＝5.0，wt.％Mg＝1.0，wt.％Mn＝0.2～0.4，wt.％Cr＝0.2～0.3，wt.％Zr＝0.1～0.2，wt.％V＝0.15～0.2。

优选的，所述wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×3.0。

优选的，所述wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.2～0.25-wt.％V。

本发明还提供了一种上述Al-Zn-Mg合金的制备方法，其包括以下步骤：

1)按照所述质量百分比，取铝锭、锌锭和镁锭，将所述铝锭、锌锭和镁锭混合并进行熔化，得到熔体；

2)将步骤1)所述熔体加热至730～780℃时，测定熔体中V的含量(优选采用取样分析方法进行测定)，并进行调整，在V含量符合所述wt.％V后，加入Al-Cu和Al-Ti中间合金，以使熔体符合所述wt.％Cu与wt.％V的关系以及所述wt.％Ti与wt.％V的关系，得到合金熔体；

3)将所述合金熔体进行铸造，得到铸锭，将所述铸锭依次进行均质处理(即均匀化处理)、热变形、固溶处理和时效处理，即得。

需要说明的是，现实中的铝锭、锌锭和镁锭不可避免的带有Mn、Cr、Zr、V、Cu、Ti，以及其他杂质元素，因此Mn、Cr、Zr、V、Cu、Ti不需要特别备料。

优选的，步骤3)所述均质处理具体为：将所述铸锭加热至450～470℃，并保温12～24h，然后冷却至室温。

优选的，步骤3)所述热变形为轧制、挤压或锻造中的任一种，所述热变形的温度为400～450℃。均质处理后的铸锭通过轧制可得到所需厚度板材，通过挤压可制成管、棒、型材等挤压材，通过锻造可制成锻件。

优选的，步骤3)所述固溶处理具体为：将经所述热变形后的铸锭在450～480℃条件下保温，然后室温水淬。

优选的，步骤3)所述时效处理具体为：将经所述固溶处理后的铸锭在110～150℃条件下时效12～24h；或，步骤3)所述时效处理为自然时效。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述的Al-Zn-Mg合金强度高、耐蚀性能好，且焊接性能优异。其抗拉强度大于350MPa，伸长率大于15.0％；剥落腐蚀性能优于EA级，慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数不大于5％；MIG(即熔化极惰性气体保护焊)焊接接头系数大于0.8。因而，本发明的Al-Zn-Mg合金在轨道交通、航空、压力容器等领域具有较大的应用价值和推广意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

下述实施例中的铝锭、锌锭、镁锭以及Al-Cu和Al-Ti等中间合金均为市售商品。

实施例1

本实施例提供了一种Al-Zn-Mg合金，按质量百分比计，由如下成分组成：wt.％Zn＝5.0，wt.％Mg＝1.0，wt.％Mn＝0.3，wt.％Cr＝0.25，wt.％Zr＝0.15，wt.％V＝0.18，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.35，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.35，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×3.0；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.25-wt.％V；

本实施例同时提供了一种上述Al-Zn-Mg合金的制备方法，其包括以下步骤：

2)将步骤1)所述熔体加热至730℃时，采用取样分析方法测定熔体中V的含量，并进行调整，在V含量符合所述wt.％V后，加入Al-Cu和Al-Ti中间合金，以使熔体符合所述wt.％Cu与wt.％V的关系以及所述wt.％Ti与wt.％V的关系，得到合金熔体；

3)将所述合金熔体利用模铸法进行浇铸，得到方形铸锭，将所述铸锭依次进行均质处理、热变形、固溶处理和时效处理，即得。

步骤3)中：所述均质处理具体为：将所述铸锭加热至450℃，并保温24h，然后冷却至室温；所述热变形为轧制，所述热变形的温度为450℃；所述固溶处理具体为：将经所述热变形后的铸锭在450℃条件下保温，然后室温水淬；步骤3)所述时效处理具体为：将经所述固溶处理后的铸锭在110℃条件下时效24h。

实施例2

本实施例提供了一种Al-Zn-Mg合金，按质量百分比计，由如下成分组成：wt.％Zn＝4.5，wt.％Mg＝1.8，wt.％Mn＝0.15，wt.％Cr＝0.1，wt.％Zr＝0.05，wt.％V＝0.25，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.35，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.35，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×3.0；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.25-wt.％V；

2)将步骤1)所述熔体加热至780℃时，采用取样分析方法测定熔体中V的含量，并进行调整，在V含量符合所述wt.％V后，加入Al-Cu和Al-Ti中间合金，以使熔体符合所述wt.％Cu与wt.％V的关系以及所述wt.％Ti与wt.％V的关系，得到合金熔体；

3)将所述合金熔体利用模铸法进行浇铸，得到圆形铸锭，将所述铸锭依次进行均质处理、热变形、固溶处理和时效处理，即得。

步骤3)中：所述均质处理具体为：将所述铸锭加热至470℃，并保温14h，然后冷却至室温；所述热变形为挤压，所述热变形的温度为400℃；所述固溶处理具体为：将经所述热变形后的铸锭在480℃条件下保温，然后室温水淬；步骤3)所述时效处理具体为：将经所述固溶处理后的铸锭在150℃条件下时效12h。

实施例3

本实施例提供了一种Al-Zn-Mg合金，按质量百分比计，由如下成分组成：wt.％Zn＝5.5，wt.％Mg＝0.8，wt.％Mn＝0.45，wt.％Cr＝0.4，wt.％Zr＝0.25，wt.％V＝0.11，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.35，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.35，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×2.5；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.15-wt.％V；

2)将步骤1)所述熔体加热至750℃时，采用取样分析方法测定熔体中V的含量，并进行调整，在V含量符合所述wt.％V后，加入Al-Cu和Al-Ti中间合金，以使熔体符合所述wt.％Cu与wt.％V的关系以及所述wt.％Ti与wt.％V的关系，得到合金熔体；

步骤3)中：所述均质处理具体为：将所述铸锭加热至460℃，并保温16h，然后冷却至室温；所述热变形为轧制、挤压或锻造中的任一种，所述热变形的温度为430℃；所述固溶处理具体为：将经所述热变形后的铸锭在460℃条件下，保温……h，然后室温水淬；所述时效处理为自然时效。

实施例4

本实施例提供了一种Al-Zn-Mg合金，按质量百分比计，由如下成分组成：wt.％Zn＝4.5，wt.％Mg＝1.5，wt.％Mn＝0.4，wt.％Cr＝0.2，wt.％Zr＝0.2，wt.％V＝0.2，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.35，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.35，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×2.5；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.2-wt.％V；

2)将步骤1)所述熔体加热至770℃时，采用取样分析方法测定熔体中V的含量，并进行调整，在V含量符合所述wt.％V后，加入Al-Cu和Al-Ti中间合金，以使熔体符合所述wt.％Cu与wt.％V的关系以及所述wt.％Ti与wt.％V的关系，得到合金熔体；

步骤3)中：所述均质处理具体为：将所述铸锭加热至455℃，并保温20h，然后冷却至室温；所述热变形为轧制、挤压或锻造中的任一种，所述热变形的温度为440℃；所述固溶处理具体为：将经所述热变形后的铸锭在470℃条件下保温，然后室温水淬；所述时效处理具体为：将经所述固溶处理后的铸锭在130℃条件下时效18h。

试验例1

按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对实施例1～4所制备的Al-Zn-Mg合金分别进行力学性能测试；

按照GB/T 22639-2008《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》分别检测实施例1～4所制备的Al-Zn-Mg合金的剥落腐蚀性能；

通过慢应变速率拉伸腐蚀试验(SSRT)分别检测实施例1～4所制备的Al-Zn-Mg合金的慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数(I_SSRT)；

分别检测实施例1～4所制备的Al-Zn-Mg合金的MIG焊接接头系数；

以上检测结果以GB/T 6892-2006《一般工业用铝及铝合金挤压型材》中的合金7003-T6(国家标准)作对照，检测结果详见表1。

表1Al-Zn-Mg合金综合性能测试表

综上所述，实施例1～4所制备的Al-Zn-Mg合金，抗拉强度均大于350MPa，伸长率均大于15.0％；剥落腐蚀性能均优于EA级，慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数均不大于5％；MIG焊接接头系数均大于0.8；因而，该Al-Zn-Mg合金具有优异的综合性能。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种Al-Zn-Mg合金，其特征在于，按质量百分比计，包括如下成分：wt.％Zn＝5.0，wt.％Mg＝1.0，wt.％Mn＝0.2～0.4，wt.％Cr＝0.2～0.3，wt.％Zr＝0.1～0.2，wt.％V＝0.15～0.2，Cu，Ti，不可避免的杂质元素wt.％Fe≤0.4，不可避免的杂质元素wt.％Si≤0.4，余量为Al和其他不可避免的杂质元素；

其中：

wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×2.0～4.0；

wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.1～0.35-wt.％V；

2.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg合金，其特征在于，所述wt.％Cu与wt.％V的关系为：wt.％Cu＝(wt.％V-0.1)×3.0。

3.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg合金，其特征在于，所述wt.％Ti与wt.％V的关系为：wt.％Ti＝0.2～0.25-wt.％V。

4.一种权利要求1～3任意一项所述Al-Zn-Mg合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将步骤1)所述熔体加热至730～780℃时，测定熔体中V的含量，并进行调整，在V含量符合所述wt.％V后，加入Al-Cu和Al-Ti中间合金，以使熔体符合所述wt.％Cu与wt.％V的关系以及所述wt.％Ti与wt.％V的关系，得到合金熔体；

3)将所述合金熔体进行铸造，得到铸锭，将所述铸锭依次进行均质处理、热变形、固溶处理和时效处理，即得。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述均质处理具体为：将所述铸锭加热至450～470℃，并保温12～24h，然后冷却至室温。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述热变形为轧制、挤压或锻造中的任一种，所述热变形的温度为400～450℃。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述固溶处理具体为：将经所述热变形后的铸锭在450～480℃条件下保温，然后室温水淬。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述时效处理具体为：将经所述固溶处理后的铸锭在110～150℃条件下时效12～24h；

或，步骤3)所述时效处理为自然时效。