本發(fā)明屬于鋁合金加工，具體涉及一種al-mg-zn-mn合金型材及其制備方法。

背景技術：

1、鋁合金型材應用于機械橋結構件，相較于鋼橋，可有效減輕橋體自重50％以上，更好地提升鋪設機動性，減少了人力成本，提高作業(yè)效率。然而，隨著機械化橋向更長、更可靠、更高強韌性的方向發(fā)展，對大跨度整梁式高性能鋁合金結構型材提出需求。

2、目前采用的鋁合金主要以6xxx系合金為主，該材料的不足之處在于整體力學性能偏低，經(jīng)固溶-時效處理后的型材抗拉強度一般不超過400mpa，經(jīng)在線淬火-時效后的性能更低，難以超過350mpa；部分7xxx系合金(如7005、7n01等)力學性能均不超過450mpa，而高強7xxx鋁合金(7075、7055等)須經(jīng)離線固溶-時效，才能體現(xiàn)出性能優(yōu)勢。

3、現(xiàn)有裝備一般可對10米級可熱處理的鋁合金型材進行離線固溶淬火，配合后續(xù)時效處理，獲得相應強韌性。但是，對于更大尺寸的型材(14m級)，現(xiàn)行裝備難以滿足制造需求，制約了大尺寸、高強韌鋁合金型材的制造，成為大跨度機械橋研制面臨的瓶頸問題。

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明提供一種al-mg-zn-mn合金型材及其制備方法，能夠解決現(xiàn)有技術中難以制備出大尺寸、高強韌al-mg-zn-mn合金型材的技術問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，包括以下步驟：

3、制備鑄錠：制備al-mg-zn-mn合金的鑄錠，其中，所述鑄錠中含有初生al6mn相和初生t-mg32(alzn)49相；

4、均熱處理：對所述鑄錠進行均熱處理；

5、擠壓：對均熱處理后的鑄錠進行開坯處理，然后進行擠壓成形，以使t-mg32(alzn)49相回溶至鋁基體中，再進行在線淬火，得到擠壓型材；

6、拉伸矯直：對所述擠壓型材進行拉伸矯直；

7、時效處理：對拉伸矯直后的型材進行時效處理，以使t-mg32(alzn)49相析出，得到al-mg-zn-mn合金型材。

8、進一步的，所述al6mn相的尺寸范圍為1～4μm；所述t-mg32(alzn)49為體心立方結構。

9、進一步的，在所述熔煉步驟中：以質(zhì)量百分含量計，所述鑄錠的化學成分如下：

10、zn：4.5～5.3wt％，mg：4.5～5.3wt％，mn：0.8～1.3wt％，zr：0.10～0.15wt％，ti：0.05～0.10wt％，fe≤0.15wt％，si≤0.08wt％，余量為al；

11、其中，zn和mg質(zhì)量百分含量比值為0.90～1.17。

12、進一步的，在所述制備鑄錠步驟之前，還包括：

13、熔煉：對原料進行熔煉處理，得到合金熔體；

14、精煉：對合金溶液進行精煉處理，得到合金熔體。

15、進一步的，所述熔煉步驟包括：將鋁錠、鋅錠、鋁鋯合金、錳劑混合加入熔煉爐，加熱至730～750℃，隨后加入鎂錠，保溫4～6h后得到合金熔體；

16、所述制備鑄錠步驟包括對所述鋁合金熔體進行熱頂鑄造；其中，在熱頂鑄造的過程中，在線加入鋁鈦硼絲。

17、進一步的，所述均熱處理步驟包括：將所述鑄錠置于均熱爐中，加熱至460～465℃保溫24～30h后，隨爐冷至200～250℃，然后開爐冷卻至室溫。

18、進一步的，在所述擠壓步驟中：所述開坯處理包括：將扒皮后的鑄錠加熱至450～460℃，保溫3～6h后，進行鐓擠變形，獲得錠坯。

19、進一步的，所述擠壓步驟包括：將所述錠坯加熱至500～520℃，保溫3～6h后在擠壓機上擠壓成有效長度≥14m的擠壓型材，然后對所述擠壓型材進行在線穿水淬火；

20、進一步的，擠壓成形的速度為1.5～2.5m/min，擠壓型材出?？诘臏囟取?85℃；在線穿水淬火時，入水端擠壓型材的溫度≥480℃，冷卻水的流量為40～50m3/h。

21、進一步的，在所述拉伸步驟中：拉伸矯直的拉伸率為0.5～1.0％；

22、在所述時效處理步驟中：采用雙級時效進行時效處理，其中，一級時效的溫度為70～100℃，一級時效的保溫時間為8～10h，二級時效的溫度為140～150℃，二級時效的保溫時間為4～7h。

23、所述制備方法適用于制備長度大于14m的al-mg-zn-mn合金型材。

24、另一方面，本發(fā)明提供一種al-mg-zn-mn合金型材，其特征在于，所述al-mg-zn-mn合金型材包括基體相和t-mg32(alzn)49相；所述t-mg32(alzn)49相彌散分布在基體相內(nèi)；t-mg32(alzn)49相為體心立方結構；t-mg32(alzn)49相的晶粒尺寸為4～8nm；

25、所述al-mg-zn-mn合金型材采用上述任一項所述的制備方法得到。

26、進一步的，所述al-mg-zn-mn合金型材的力學性能如下：屈服強度≥500mpa，抗拉強度≥550mpa，延伸率≥12％。

27、進一步的，所述al-mg-zn-mn合金型材用于制備大跨度機械橋。

28、本發(fā)明提供的一種al-mg-zn-mn合金型材及其制備方法具有如下有益效果：

29、1.本發(fā)明通過在制備al-mg-zn-mn合金的鑄錠中形成初生微米級al6mn相和初生t相(t-mg32(alzn)49相)，然后通過擠壓成形合金型材，采用高溫擠壓成形，可充分發(fā)揮微米級al6mn相誘發(fā)基體再結晶的能力，提高再結晶晶粒的占比，同時促使t相回溶至基體，提升基體的過飽和度；時效處理后，具有較高過飽和度的型材在再結晶晶界誘導作用下促進t相彌散析出，在單軸拉伸條件下，對位錯進行有效攔儲，進而實現(xiàn)鋁合金型材強韌性的提升。

30、2.進一步的，本發(fā)明通過增加al-mg-zn-mn合金型材原料中mn的含量，使得鋁基體內(nèi)初生微米級al6mn相含量增加，然后將zn和mg的質(zhì)量百分含量比值控制為0.9～1.17，可使得鋁基體內(nèi)形成初生t相(t-mg32(alzn)49相)；再通過擠壓成形可獲得長度≥14m的al-mg-zn-mn合金型材，采用高溫擠壓成形，進一步充分發(fā)揮微米級al6mn相誘發(fā)基體再結晶的能力，進一步提高再結晶晶粒的占比，從而使鋁合金型材強韌性的顯著提升。本發(fā)明無需進行離線固溶淬火，可制備出大尺寸、高強韌al-mg-zn-mn合金型材。

31、3.進一步的，本發(fā)明采用在線穿水淬火，保證型材出?？诘臏囟纫约靶筒娜胨臏囟?，可以使型材保持過飽和態(tài)特征，并保留高溫擠壓形成的再結晶晶粒，以便時效處理后促進t相彌散析出。

32、4.進一步的，本發(fā)明在擠壓前對均熱處理后的鑄錠進行開坯處理，可提升坯料的組織性能均勻性，破碎粗大晶粒組織，從而確保后續(xù)處理后型材的強韌性。

技術特征：

1.一種al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，所述al6mn相的尺寸范圍為1～4μm；所述t-mg32(alzn)49為體心立方結構。

3.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，以質(zhì)量百分含量計，所述鑄錠的化學成分如下：

4.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，在所述制備鑄錠步驟之前，還包括：

5.根據(jù)權利要求4所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，所述熔煉步驟包括：將鋁錠、鋅錠、鋁鋯合金、錳劑混合加入熔煉爐，加熱至730～750℃，隨后加入鎂錠，保溫4～6h后得到合金熔體；

6.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，所述均熱處理步驟包括：將所述鑄錠置于均熱爐中，加熱至460～465℃保溫24～30h后，隨爐冷至200～250℃，然后開爐冷卻至室溫。

7.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，在所述擠壓步驟中：

8.根據(jù)權利要求7所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，所述擠壓步驟包括：將所述錠坯加熱至500～520℃，保溫3～6h后在擠壓機上擠壓成型材，然后對所述擠壓型材進行在線穿水淬火。

9.根據(jù)權利要求8所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，所述擠壓成形的速度為1.5～2.5m/min，擠壓型材出?？诘臏囟取?85℃；在線穿水淬火時，入水端擠壓型材的溫度≥480℃，冷卻水的流量為40～50m3/h。

10.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，在所述拉伸矯直步驟中，拉伸率為0.5％～1.0％。

11.根據(jù)權利要求1所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，在所述時效處理步驟中：采用雙級時效進行時效處理，其中，一級時效的溫度為70～100℃，一級時效的保溫時間為8～10h，二級時效的溫度為140～150℃，二級時效的保溫時間為4～7h。

12.根據(jù)權利要求1至11任一所述的al-mg-zn-mn合金型材的制備方法，其特征在于，所述al-mg-zn-mn合金型材的長度大于14m。

13.一種al-mg-zn-mn合金型材，其特征在于，所述al-mg-zn-mn合金型材包括基體相和t-mg32(alzn)49相；所述t-mg32(alzn)49相彌散分布在基體相內(nèi)；t-mg32(alzn)49相為體心立方結構；t-mg32(alzn)49相的晶粒尺寸為4～8nm；

14.根據(jù)權利要求13所述的al-mg-zn-mn合金型材，其特征在于，所述al-mg-zn-mn合金型材的力學性能如下：屈服強度≥500mpa，抗拉強度≥550mpa，延伸率≥12％。

15.根據(jù)權利要求13或14所述的al-mg-zn-mn合金型材，其特征在于，所述al-mg-zn-mn合金型材用于制備大跨度機械橋。

技術總結
本發(fā)明提供一種Al?Mg?Zn?Mn合金型材及其制備方法，涉及鋁合金加工技術領域，包括以下步驟：制備Al?Mg?Zn?Mn合金的鑄錠，其中，鑄錠中含有初生Al<subgt;6</subgt;Mn相和初生T?Mg<subgt;32</subgt;(AlZn)<subgt;49</subgt;相；對鑄錠進行均熱處理；對均熱處理后的鑄錠進行開坯處理，然后進行擠壓成形，以使T?Mg<subgt;32</subgt;(AlZn)<subgt;49</subgt;相回溶至鋁基體中，再進行在線淬火，得到擠壓型材；對擠壓型材進行拉伸矯直；時效處理：對拉伸矯直后的型材進行時效處理，以使T?Mg<subgt;32</subgt;(AlZn)<subgt;49</subgt;相析出，得到Al?Mg?Zn?Mn合金型材。本發(fā)明增加原料中Mn的含量，控制Zn和Mg的質(zhì)量百分含量比值，通過高溫擠壓成形提高再結晶晶粒的占比，經(jīng)在線淬火提升基體的過飽和度；時效處理后，促進T相彌散析出，實現(xiàn)鋁合金型材強韌性的顯著提升。本發(fā)明無需進行離線固溶淬火，可制備出大尺寸、高強韌Al?Mg?Zn?Mn合金型材。

技術研發(fā)人員：任賢魏,張治民,王強,薛勇,趙熹,劉洪彬,劉海龍,蘇冬青
受保護的技術使用者：中北大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6