600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金及其制備方法
【專利摘要】一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金及制備方法，其特征是所述的鋁合金主要由Al、Zn、Mg、Cu、Zr和Sr組成，其中，Zn的質(zhì)量百分比為10.78-13.01%，Mg的質(zhì)量百分比為2.78-3.56%，Cu的質(zhì)量百分比為1.12-2.80%，Zr的質(zhì)量百分比為0.183-0.221%，Sr的質(zhì)量百分比為0.0456-0.0751%，余量為鋁和少量雜質(zhì)元素。所述的鋅、鎂、銅的總質(zhì)量百分比含量為16.15-18.97%。所述的制備方法依次包括：（1）熔鑄；（2）均質(zhì)化退火（400℃×6h+420℃×6h+440℃×6h+460℃×12h）；（3）熱擠壓（擠壓比12）；（4）預(yù)回復(fù)退火（250℃×24h+300℃×6h+350℃×6h+400℃×6h）；（5）固溶處理（450℃×2h+460℃×2h+470℃×2h）；（6）預(yù)塑性變形（2%）和（7）時效處理（121℃×5h+153℃×16h）。本發(fā)明合金強(qiáng)度高達(dá)600-650MPa，晶間腐蝕深度為30-100微米。
【專利說明】600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金材料，尤其是一種新型7000系鋁合金及其制備方法，具體地說是一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]7000系高強(qiáng)鋁合金具有比強(qiáng)度高、制造成本低、工藝性能好等一系列特點(diǎn)，誕生了7075、7150、7055、7085等代表的合金，滿足了不同歷史時期航空航天、武器裝備以及民用工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展需求。
[0003]晶間腐蝕是高強(qiáng)鋁合金常見的一種腐蝕形態(tài)，也是一種基礎(chǔ)腐蝕形態(tài)，對高強(qiáng)鋁合金使用壽命和使用安全性帶來很大的損害。一般而言，高強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度愈高，晶間腐蝕性能愈低?，F(xiàn)有的7000系高強(qiáng)鋁合金當(dāng)強(qiáng)度在600-650MPa時，其晶間腐蝕深度一般遠(yuǎn)高于 100 μ m。
[0004]為了保證7000系鋁合金具有超高強(qiáng)度，合金的鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)等合金化元素的含量必須高，以便通過時效沉淀相的大量析出保證合金的超高強(qiáng)度。另一方面，為了保證7000系鋁合金具有高的抗腐蝕性，合金的組織結(jié)構(gòu)控制尤其重要。預(yù)回復(fù)退處理可以在合金晶粒沒有明顯長大的基礎(chǔ)上，使合金組織發(fā)生回復(fù)，減小合金在固溶時的再結(jié)晶驅(qū)動力，便于合金固溶后保留小角度晶界，顯著提高合金的抗腐蝕性。預(yù)變形可以引入位錯，提供大量時效沉淀相的析出位置，使時效沉淀相的析出更為均勻，提高合金的抗腐蝕性。T76時效(如121°C X5h+153°C X 16h)使合金的晶界時效沉淀相呈不連續(xù)狀態(tài)，提高合金的抗腐蝕性。
[0005]到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金可供使用，這一定程度上制約了我國航空航天、武器裝備等工業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的7000系600_650MPa強(qiáng)度鋁合金存在的強(qiáng)度與高抗高抗晶間腐蝕很難兼顧的問題，通過成分設(shè)計(jì)和制備技術(shù)設(shè)計(jì)，發(fā)明一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，其特征在于:它主要由鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu )、鋯(Zr )和鍶(Sr )組成，其中，鋅(Zn )的質(zhì)量百分比為10.78_13.01%，鎂(Mg)的質(zhì)量百分比為2.78-3.56%，銅(Cu)的質(zhì)量百分比為1.12-2.80%，鋯(Zr)的質(zhì)量百分比為
0.183-0.221%，鍶(Sr)的質(zhì)量百分比為0.0456-0.0751%，余量為鋁和少量雜質(zhì)元素。所述的鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)其總質(zhì)量百分比含量為16.15-18.97%。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金的制備方法，其特征是它依次包括:(I)熔鑄；(2)均質(zhì)化退火； (3)熱擠壓；(4)預(yù)回復(fù)退火；(5)固溶處理；(6);預(yù)變形；(7)時效處理；
所述的熔鑄:其過程為將純Al熔化后依次加入Al-Cu中間合金、Al-Sr中間合金、Al-Zr中間合金、純Zn和純Mg，待所有中間合金和金屬熔化后再加入六氯乙烷精煉除氣直至沒有氣體逸出，靜置保溫5-10 min后去渣并澆鑄成錠；所述的Al-Cu中間合金中Cu的質(zhì)量百分比為50.12%，Al-Sr中間合金中Sr的質(zhì)量百分比為9.89%，Al-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量百分比為4.11%。
[0009]所述的均質(zhì)化退火:其工藝為400±5°C X6h+420±5°C X6h+440±5°C X6h+460±5。。X12h ；
所述的熱擠壓:其工藝為將合金加熱至480±5°C并保溫8h后進(jìn)行擠壓比為12的擠
壓；
所述的預(yù)回復(fù)退火:其工藝為250±5 V X24h+300±5 V X6h+350±5 V X6 h+400V X 6 h ;
所述的固溶處理:其工藝為450±5°C X2h+460±5°C X2h+470±5°C X2h保溫后室溫水淬；
所述的預(yù)變形:其工藝為2%的塑性變形；
所述的時效處理:其工藝為121±5°C X5h+153±5°C X 16h ；
即可獲得強(qiáng)度為600-650MPa的高抗晶間腐蝕鋁合金。
[0010]上述制備工藝中最佳的工藝溫度分別為:
均質(zhì)化退火最佳溫度分別為400°C、420°C、440°C和460°C ;熱擠壓加熱最佳溫度為4800C ;預(yù)回復(fù)退火最佳溫度分別為250 0C>300 °C>350 1:和400 °C ;固溶處理最佳溫度分別為450、460和470°C ;時效處理最佳溫度分別為121和153°C。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明獲得了一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，按國標(biāo)GB/T 7998-2005(鋁合金晶間腐蝕測定方法)其晶間腐蝕深度為30-100 μ m。
[0012](2)本發(fā)明公開了一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金的成分與制備方法，一定程度上打破了國外對高性能鋁合金的技術(shù)封鎖，可滿足我國航空航天、武器裝備等領(lǐng)域的需求。
[0013](3)本發(fā)明通過大量的試驗(yàn)獲得了理想的制備方法，尤其是通過采用按次序加入各中間合金及純金屬的方法來控制各組份含量，按本發(fā)明的工藝能容易地得到符合要求的鋁合金材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例三晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例四晶間腐蝕試驗(yàn)后橫截面金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。[0019]實(shí)施例一
如圖1所示。
[0020]一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，其制備方法為:
按28kg鋁合金配制為例。
[0021]先將20.55 kg AOO 等級純 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本發(fā)明所有組份均采用質(zhì)量百分比表示，下同，凡組份相加不足100%的部分均為雜質(zhì))熔化后依次加入 1.54 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中間合金(Cu 的損失率約為6.25%)、0.53 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中間合金(Sr 的損失率約為 75%)、1.64 kg Al-Zr 中間合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的損失率約為8%)、3.28 kg純Zn (Zn的損失率約為8%)、0.97 kg純Mg (Mg的損失率約為20%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金或金屬熔化后加入后一種中間合金或金屬，待全部依次熔化到鋁溶液中后加入六氯乙烷精煉直至沒有氣體溢出(加入量為56 g)，靜置保溫5-10 min并去渣后澆鑄成錠；對熔鑄成錠的合金進(jìn)行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均質(zhì)化退火、480°C保溫8h 后進(jìn)行擠壓比為 12 的擠壓、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h 的預(yù)回復(fù)退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保溫后室溫水淬固溶處理、2%塑性變形的預(yù)變形、121°C X5h+153°C X 16h的時效處理；即獲得一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁
I=1-Wl O [0022]本實(shí)施例的鋁合金的實(shí)測強(qiáng)度為600.6 MPa、延伸率為7.3 %，硬度為210.9 HV，電導(dǎo)率為31.9% IACS ;按國標(biāo)GB/T 7998-2005其晶間最大腐蝕深度為30 μ m (附圖1)。
[0023]本實(shí)施例的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測量成分為:10.78%Zn, 2.78%Mg, 2.59%Cu,
0.221% Zr, 0.0465%Sr,余量為鋁和雜質(zhì)元素。
[0024]實(shí)施例二 如圖2所示。
[0025]一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，其制備方法為:
按28kg鋁合金配制為例。
[0026]先將20.69 Kg AOO 等級純 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本發(fā)明所有組份均采用質(zhì)量百分比表示，下同，凡組份相加不足100%的部分均為雜質(zhì))熔化后依次加入 0.67 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中間合金(Cu 的損失率約為
6.25%)、0.63 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中間合金(Sr 的損失率約為 75%) U.56 kg Al-Zr 中間合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的損失率約為8%)、3.79 kg純Zn (Zn的損失率約為8%)、1.25 kg純Mg (Mg的損失率約為20%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金或金屬熔化后加入后一種中間合金或金屬，待全部依次熔化到鋁溶液中后加入六氯乙烷精煉直至沒有氣體溢出(加入量為56 g)，靜置保溫5-10 min并去渣后澆鑄成錠；對熔鑄成錠的合金進(jìn)行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均質(zhì)化退火、480°C保溫8h 后進(jìn)行擠壓比為 12 的擠壓、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h 的預(yù)回復(fù)退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保溫后室溫水淬固溶處理、2%塑性變形的預(yù)變形、121°C X5h+153°C X 16h的時效處理；即獲得一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁I=1-Wl O
[0027]本實(shí)施例的鋁合金的實(shí)測強(qiáng)度為600.4MPa、延伸率為7.0%，硬度為196.9 HV,電導(dǎo)率為32.5% IACS ;按國標(biāo)GB/T 7998-2005其晶間最大腐蝕深度為60 μ m (附圖2)。
[0028]本實(shí)施例的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測量成分為:12.45%Zn, 3.56%Mg, 1.12%Cu,
0.21% Zr, 0.0553%Sr,余量為鋁和雜質(zhì)元素。
[0029]實(shí)施例三 如圖3所示。
[0030]一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，其制備方法為:
按28kg鋁合金配制為例。
[0031]先將20.19 kg AOO 等級純 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本發(fā)明所有組份均采用質(zhì)量百分比表示，下同，凡組份相加不足100%的部分均為雜質(zhì))熔化后依次加入 1.48 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中間合金(Cu 的損失率約為6.25%)、0.76 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中間合金(Sr 的損失率約為 75%) U.36 kg Al-Zr 中間合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的損失率約為8%)、3.73 kg純Zn (Zn的損失率約為8%)、1.04 kg純Mg (Mg的損失率約為20%)，，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金或金屬熔化后加入后一種中間合金或金屬，待全部依次熔化到鋁溶液中后加入六氯乙烷精煉直至沒有氣體溢出(加入 量為56 g)，靜置保溫5-10 min并去渣后澆鑄成錠；對熔鑄成錠的合金進(jìn)行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均質(zhì)化退火、480°C保溫8h 后進(jìn)行擠壓比為 12 的擠壓、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h 的預(yù)回復(fù)退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保溫后室溫水淬固溶處理、2%塑性變形的預(yù)變形、121°C X5h+153°C X 16h的時效處理；即獲得一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁
I=1-Wl O
[0032]本實(shí)施例的鋁合金的實(shí)測強(qiáng)度為650.4MPa、延伸率為7.7%，硬度為207.1667 HV,電導(dǎo)率為32.7% IACS ;按國標(biāo)GB/T 7998-2005其晶間最大腐蝕深度為IOOym (附圖3)。
[0033]本實(shí)施例的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測量成分為:12.26%Zn, 2.96%Mg, 2.49%Cu,
0.183% Zr, 0.0673%Sr,余量為鋁和雜質(zhì)元素。
[0034]實(shí)施例四 如圖4所示。
[0035]一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，其制備方法為:
按28kg鋁合金配制為例。
[0036]先將19.42 kg AOO 等級純 Al (成分:99.79%A1, 0.14%Fe, 0.04%Si，本發(fā)明所有組份均采用質(zhì)量百分比表示，下同，凡組份相加不足100%的部分均為雜質(zhì))熔化后依次加入 1.67 kgAl-Cu(49.62%A1, 50.12%Cu, 0.15%Fe, 0.ll%Si )中間合金(Cu 的損失率約為
6.25%)、0.85 kg Al-Sr (89.86%A1, 9.89%Sr, 0.15%Fe, 0.10%Si )中間合金(Sr 的損失率約為 75%) U.51 kg Al-Zr 中間合金(95.69%A1, 4.ll%Zr, 0.20%Fe, 0.10%Si ) (Zr 的損失率約為8%)、3.96 kg純Zn (Zn的損失率約為8%)、1.11 kg純Mg (Mg的損失率約為20%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金或金屬熔化后加入后一種中間合金或金屬，待全部依次熔化到鋁溶液中后加入六氯乙烷精煉直至沒有氣體溢出(加入量為56 g)，靜置保溫5-10 min并去渣后澆鑄成錠；對熔鑄成錠的合金進(jìn)行400°C X6h+420°C X6h+440°C X6h+460°C X 12h的均質(zhì)化退火、480°C保溫8h 后進(jìn)行擠壓比為 12 的擠壓、250 V X24 h+300 V X6 h+350 V X6 h+400 °C X6 h 的預(yù)回復(fù)退火、450°C X2h+460°C X2h+470°C X 2h保溫后室溫水淬固溶處理、2%塑性變形的預(yù)變形、121°C X5h+153°C X 16h的時效處理；即獲得一種600_650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁
I=1-Wl O
[0037]本實(shí)施例的鋁合金的實(shí)測強(qiáng)度為603.9 MPa、延伸率為6.3%，硬度為226.3 HV,電導(dǎo)率為30.1% IACS ;按國標(biāo)GB/T 7998-2005其晶間最大腐蝕深度為60 μ m (附圖4)。
[0038]本實(shí)施例的鋁合金經(jīng)光譜實(shí)際測量成分為:13.01%Zn, 3.16%Mg, 2.8%Cu,0.204Zr% , 0.0751%Sr,余量為鋁和雜質(zhì)元素。
[0039]以上僅列出了幾個常見配比的鋁合金的配比及制造方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述實(shí)例適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 各組份的配比并嚴(yán)格按上述步驟進(jìn)行制造即可獲得理想的600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金。
[0040]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金，其特征在于:它主要由鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)、鋯(Zr)和鍶(Sr)組成，其中，鋅(Zn)的質(zhì)量百分比為10.78-13.01%，鎂(Mg)的質(zhì)量百分比為2.78-3.56%，銅(Cu)的質(zhì)量百分比為1.12-2.80%，鋯(Zr)的質(zhì)量百分比為0.183-0.221%，鍶(Sr)的質(zhì)量百分比為0.0456-0.0751%，余量為鋁和少量雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征是所述的鋅(Zn)、鎂(Mg)、銅(Cu)三者之和的質(zhì)量百分比含量為16.15-18.97%。
3.—種權(quán)利要求1所述的600-650MPa強(qiáng)度高抗晶間腐蝕鋁合金的制備方法，其特征是它依次包括:(I)熔鑄；(2)均質(zhì) 化退火；(3)熱擠壓；(4)預(yù)回復(fù)退火；(5)固溶處理；(6)預(yù)變形和(7)時效處理； 所述的熔鑄:其過程為將純Al熔化后依次加入Al-Cu中間合金、Al-Sr中間合金、Al-Zr中間合金、純Zn和純Mg，待所有中間合金和金屬熔化后再加入六氯乙烷精煉除氣直至沒有氣體逸出，靜置保溫5-10 min后去渣并澆鑄成錠；所述的Al-Cu中間合金中Cu的質(zhì)量百分比為50.12%，Al-Sr中間合金中Sr的質(zhì)量百分比為9.89%，Al-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量百分比為4.11%； 所述的均質(zhì)化退火:其工藝為 400±5°C X6h+420±5°C X6h+440±5°C X6h+460±5°CX12h ； 所述的熱擠壓:其工藝為將合金加熱至480±5°C并保溫8h后進(jìn)行擠壓比為12的擠壓； 所述的預(yù)回復(fù)退火:其工藝為250±5 V X24h+300±5 V X6h+350±5 V X6 h+400V X 6 h ; 所述的固溶處理:其工藝為450±5°C X2h+460±5°C X2h+470±5°C X2h保溫后室溫水淬； 所述的預(yù)變形:其工藝為2%的塑性變形； 所述的時效處理:其工藝為121±5°C X5h+153±5°C X 16h ； 即可獲得強(qiáng)度為600-650MPa的高抗晶間腐蝕鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的均質(zhì)化退火溫度分別為400°C、42(TC、440°C和460°C;所述的熱擠壓加熱溫度為480°C;所述的預(yù)回復(fù)退火溫度分別為250 °C,3000C>350 1:和400 0C ;所述的固溶處理溫度分別為450、460和470°C ;所述的時效處理溫度分別為121和153°C。
【文檔編號】C22C1/03GK104004947SQ201410250114
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】許曉靜, 范亞洲, 阮鴻雁, 王宏宇, 鄧平安, 吳瑤, 談成, 蔣偉, 孫良省 申請人:江蘇大學(xué)