專利名稱：一種鋁鋅鎂系合金及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別是涉及一種強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的鋁鋅鎂系合金及其制備工藝。
背景技術(shù)：
鋁鋅系合金是開發(fā)應(yīng)用的第一代鑄造鋁合金。鋅在鋁中的溶解度非常大(在共晶溫度382℃時(shí)可達(dá)84％)，其主要缺點(diǎn)是過飽和的α固溶體在不高的溫度下即進(jìn)行分解，析出鋅，使鋁鋅合金的耐熱性能非常低；合金抗腐蝕性能也很差。所以單純的鋁鋅二元合金在工業(yè)上已不采用，在鋁鋅合金中加入適量的鎂，強(qiáng)化效果十分顯著，鋁鋅鎂合金在所有鋁合金中具有最大的強(qiáng)化潛力。多年來，國內(nèi)外對(duì)鋁鋅鎂合金研究的頗為廣泛和深入，該合金是一種極有前途的高強(qiáng)度鑄造鋁合金。國家標(biāo)準(zhǔn)中鋁鋅鎂合金的牌號(hào)為ZL402。其主要成分為(質(zhì)量百分比)鋅5.0-7.0％，鎂0.3-0.8％，鉻0.3-0.8％，鈦0.1-0.4％。它的鑄態(tài)試樣經(jīng)T1處理后室溫機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度為235MPa，延伸率為4％。切削加工性能很好，可以獲得表面光潔度很高的零件；但是，此合金用作承受較大載荷的工程結(jié)構(gòu)件和飛機(jī)零件，其抗拉強(qiáng)度偏低，機(jī)械性能還有待于進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種強(qiáng)度高、韌性好、機(jī)械性能穩(wěn)定的鋁鋅鎂系合金及其制備工藝。
本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種鋁鋅鎂系合金，含有鋁、鋅、鎂、鈦元素，其特征是它還含有銅元素，各組分的質(zhì)量百分比為鋅6.0-8.0％，鎂2.5-3.0％，銅1.0-1.5％，鈦0.20-0.25％，其余為鋁。
上述鋁鋅鎂系合金的制備工藝，其特征是包括以下步驟(1).使用電阻坩堝爐，采用鑄鐵或鑄鋼坩堝，為了防止?jié)B鐵，在坩堝的表面涂上一層涂料，涂料成份為滑石粉+水玻璃；(2).按照鋅6.0-8.0％，鎂2.5-3.0％，銅1.0-1.5％，鈦0.20-0.25％，其余為鋁的質(zhì)量百分比計(jì)算并稱取純鋁、純鋅、純鎂、鋁銅及鋁鈦中間合金作為原料；(3).在坩堝中依次裝入鋁錠、鋁銅中間合金及鋁鈦中間合金，并隨電阻爐一起升溫，待全部熔化后，液面上撒一層由氯化鉀和氯化鎂組成的覆蓋劑；(4).當(dāng)電阻爐升溫至680-700℃時(shí)，在熔劑覆下將鋅塊和鎂塊一同加入坩堝中，鎂塊要用鐘罩壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(5).當(dāng)電阻爐升溫至720-730℃，加入氯化鋁或氯化鋅進(jìn)行除氣精煉，除氣時(shí)鐘罩在熔液中緩慢移動(dòng)以便精煉完全；(6).精煉結(jié)束后，靜置5分鐘，在690-710℃間扒渣澆注。
上述鋁鋅鎂系合金的制備工藝，其特征是步驟(2)中，純鋁中鋁含量≥99.7％，純鋅中鋅含量≥99.9％；純鎂中鎂含量≥99.95％；鋁銅中間合金中各成分的質(zhì)量百分比是50％銅，50％鋁；鋁鈦中間合金中各成分的質(zhì)量百分比是5％鈦，95％鋁。
上述鋁鋅鎂系合金的制備工藝，其特征是步驟(3)中所用覆蓋劑的加入量為爐料總質(zhì)量的3-4％，覆蓋劑中各組分的質(zhì)量百分比為氯化鎂60％，氯化鉀40％；步驟(5)中氯化鋁或氯化鋅的加入量為爐料總質(zhì)量的0.15-0.2％。
與ZL402相比，本發(fā)明合金在成分上添加了銅元素，擴(kuò)大了鋅和鎂在鋁中的溶解度，增加了強(qiáng)化相的數(shù)量，提高了合金的強(qiáng)化效果；同時(shí)銅還能降低晶內(nèi)和晶間的電位差，使腐蝕過程均勻進(jìn)行，提高抗蝕性。鑄態(tài)下合金抗拉強(qiáng)度可達(dá)250MPa以上，澆注好的試樣進(jìn)行熱處理之后抗拉強(qiáng)度達(dá)到300MPa以上，與現(xiàn)有的同類合金比較，強(qiáng)度值提高均在20％以上，斷后伸長(zhǎng)率可達(dá)6％。該合金中雜質(zhì)總含量＜0.75％，其中鐵＜0.3％；硅＜0.3％；錳＜0.15％。
具體實(shí)施例方式
下面給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例實(shí)施例一制備20Kg含鋅6.5％、鎂2.5％、銅1.5％、鈦0.25％，余量為鋁的鋁鋅鎂系合金，制備工藝如下(1).采用電阻坩堝爐，鑄鋼坩堝；(2).原料配制鋁塊(鋁≥99.7％)；鋅塊(鋅≥99.9％)；鎂塊(鎂≥99.95％)；鋁鈦中間合金(含鋁95％，鈦5％)；鋁銅中間合金(含鋁50％，銅50％)；參考《鑄造手冊(cè)》(第3卷，鑄造非鐵合金，第2版，機(jī)械工業(yè)出版社，2001.10，P187-188)及經(jīng)驗(yàn)確定合金元素的燒損量，鋁1.5％，鋅15％，鎂20％，銅鈦在熔煉過程中變化不大。
加入量計(jì)算公式X=M×AC×(1-E)]]>式中M為熔煉合金總質(zhì)量；A為合金中應(yīng)含某種元素的百分?jǐn)?shù)；C為中間合金或合金錠中所含某種元素的百分?jǐn)?shù)；E為某種元素的燒損量；X為加入某種元素或中間合金的總質(zhì)量。
在實(shí)例中，M＝20Kg；AZn％＝6.5％；Mg％＝2.5％；Cu％＝1.5％；Ti％＝0.25％；Al％＝89.25％；CZn％＝99.9；Mg％＝99.95％；Cu％＝50％；Ti％＝5％；Al％＝99.7％；EAl1.5％，Zn15％，Mg20％。
則XZn=20×6.5%99.9%×(1-15%)=1.53kg]]>XMg=20×2.5%99.95%×(1-20%)=0.63kg]]>XAl-Cu=20×1.5%50%=0.60kg]]>XAl-Ti=20×0.25%5%=1.00kg]]>XAl=20×89.25%99.7%×(1-1.5%)=18.18kg]]>
鋁銅中間合金及鋁鈦中間合金帶入的純鋁的質(zhì)量分別為0.60×0.5＝0.30Kg；1.00×0.95＝0.95kg；所以，需加純鋁的質(zhì)量為18.18-0.3-0.95＝16.93Kg；(3).在坩堝中依次裝入鋁錠16.93kg，鋁銅中間合金0.60kg及鋁鈦中間合金1.00kg隨電阻爐一起升溫，待全部熔化后，液面上撒一層覆蓋劑750g；將坩堝隨電阻爐一起升溫到600℃，加入覆蓋劑730克、純鋁17.52千克，升溫至690℃保溫；(4).當(dāng)電阻爐升溫至680-700℃時(shí)，在熔劑覆下將鋅塊1.53kg和鎂塊0.63kg一同加入坩堝中，鎂塊要用鐘罩壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(5).當(dāng)電阻爐升溫至720-730℃，加入氯化鋅35g進(jìn)行除氣精煉，除氣時(shí)鐘罩在熔液中緩慢移動(dòng)以便精煉完全；(6).精煉結(jié)束后，靜置5分鐘，在690-710℃間扒渣澆注。
所得合金成份為鋅6.5％，鎂2.5％，銅1.5％，鈦0.25％，雜質(zhì)總含量＜0.75％，余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度為247MPa，T6處理后抗拉強(qiáng)度為290MPa，斷后伸長(zhǎng)率為6.7％。添加的鈦元素可細(xì)化晶粒，改善鑄造性能和機(jī)械性能；添加的銅元素，擴(kuò)大了鋅和鎂在鋁中的溶解度，增加了強(qiáng)化相的數(shù)量，提高了合金的強(qiáng)化效果；同時(shí)銅還能降低晶內(nèi)和晶間的電位差，使腐蝕過程均勻進(jìn)行，提高抗蝕性。
實(shí)施例二制備20Kg含鋅8.0％、鎂3.0％、銅1.0％、鈦0.25％，余量為鋁的鋁鋅鎂系合金。
采取與實(shí)施例一相同的工藝步驟，其中步驟(2)算得的各原料加入量為純鋅1.88千克，純鎂0.75千克，鋁銅合金0.40千克，鋁鈦合金1.00千克，純鋁16.72千克；步驟(5)中加入氯化鋁35克進(jìn)行除氣精煉。
所得合金成份為鋅8.0％，鎂3.0％，銅1.0％，鈦0.25％，雜質(zhì)總含量＜0.75％，余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度為250MPa，T6處理后抗拉強(qiáng)度為302MPa，斷后伸長(zhǎng)率為6％。
實(shí)施例三配制20Kg含鋅6.0％、鎂2.8％、銅1.5％、鈦0.2％，余量為鋁的鋁鋅鎂系合金。
采取與實(shí)施例一相同的工藝步驟，其中步驟(2)算得的各原料加入量為純鋅1.41千克，純鎂0.70千克，鋁銅合金0.60千克，鋁鈦合金0.80千克，純鋁17.17千克。
所得合金成份為鋅6.0％，鎂2.8％，銅1.5％，鈦0.2％，雜質(zhì)總含量＜0.75％，余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度為255MPa，T6處理后抗拉強(qiáng)度為310MPa，斷后伸長(zhǎng)率為6％。
權(quán)利要求
1.一種鋁鋅鎂系合金，含有鋁、鋅、鎂、鈦元素，其特征是它還含有銅元素，各組分的質(zhì)量百分比為鋅6.0-8.0％，鎂2.5-3.0％，銅1.0-1.5％，鈦0.20-0.25％，其余為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁鋅鎂系合金的制備工藝，其特征是包括以下步驟(1).使用電阻坩堝爐，采用鑄鐵或鑄鋼坩堝，為了防止?jié)B鐵，在坩堝的表面涂上一層涂料，涂料成份為滑石粉+水玻璃；(2).按照鋅6.0-8.0％，鎂2.5-3.0％，銅1.0-1.5％，鈦0.20-0.25％，其余為鋁的質(zhì)量百分比計(jì)算并稱取純鋁、純鋅、純鎂、鋁銅及鋁鈦中間合金作為原料；(3).在坩堝中依次裝入鋁錠、鋁銅中間合金及鋁鈦中間合金，并隨電阻爐一起升溫，待全部熔化后，液面上撒一層由氯化鉀和氯化鎂組成的覆蓋劑；(4).當(dāng)電阻爐升溫至680-700℃時(shí)，在熔劑覆蓋下將鋅塊和鎂塊一同加入坩堝中，鎂塊要用鐘罩壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(5).當(dāng)電阻爐升溫至720-730℃，加入氯化鋁或氯化鋅進(jìn)行除氣精煉，除氣時(shí)鐘罩在熔液中緩慢移動(dòng)以便精煉完全；(6).精煉結(jié)束后，靜置5分鐘，在690-710℃間扒渣澆注。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁鋅鎂系合金的制備工藝，其特征是步驟(2)中，純鋁中鋁含量≥99.7％，純鋅中鋅含量≥99.9％，純鎂中鎂含量≥99.95％；鋁銅中間合金中各成分的質(zhì)量百分比是50％銅，50％鋁；鋁鈦中間合金中各成分的質(zhì)量百分比是5％鈦，95％鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鋁鋅鎂系合金的制備工藝，其特征是步驟(3)中所用覆蓋劑的加入量為爐料總質(zhì)量的3-4％，覆蓋劑中各組分的質(zhì)量百分比為氯化鎂60％，氯化鉀40％；步驟(5)中氯化鋁或氯化鋅的加入量為爐料總質(zhì)量的0.15-0.2％。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別是涉及一種強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的鋁鋅鎂系合金及其制備工藝。該合金化學(xué)成分為(質(zhì)量百分比)鋅6.0－8.0％；鎂2.5－3.0％；銅1.0－1.5％；鈦0.20－0.25％；其余為鋁。原料在電阻坩堝爐中配制，熔煉溫度為700℃，澆注溫度為690－710℃；待純鋁及中間合金熔化后，將鋅錠與鎂塊一同加入鋁液中。制備的鋁鋅鎂系合金具有高的抗拉強(qiáng)度，良好的韌性，并且機(jī)械性能穩(wěn)定性高，雜質(zhì)總含量＜0.75％，其中鐵＜0.3％；硅＜0.3％；錳＜0.15％?？梢詽M足承受中、大載荷的結(jié)構(gòu)件及飛機(jī)零件的要求。
文檔編號(hào)C22C21/10GK1693510SQ20051004349
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者邊秀房, 任延濤, 尹奎波, 燕麗娜 申請(qǐng)人:山東大學(xué)