一種微量添加Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金及制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金及制備工藝，屬于有色金屬 合金材料技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金具有密度低，高比強(qiáng)度及熱加工性和耐腐蝕性能較好等特 點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，成為主要結(jié)構(gòu)材料之一?，F(xiàn)代工業(yè) 的飛速發(fā)展，對(duì)Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的強(qiáng)度、韌性以及抗應(yīng)力腐蝕性能等提出了更高的 要求。而Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要通過(guò)調(diào)整合金元素含量及熱處理工藝來(lái)對(duì)材料的微觀 組織進(jìn)行調(diào)控，以此來(lái)提高合金的綜合性能，由于Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金合金化程度較高， 在凝固過(guò)程中會(huì)形成嚴(yán)重的枝晶偏析，晶內(nèi)和晶界成分不均勻性也比較顯著，這對(duì)后續(xù)的 熱加工過(guò)程會(huì)造成不利的影響，所以在熱加工以前鑄錠必須要經(jīng)過(guò)適宜的均勻化處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金及適用于該合金 的雙級(jí)均勻化、熱擠壓工藝及雙級(jí)時(shí)效工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和良好的耐蝕性。本發(fā)明提出的 Al-Zn-Mg-Cu 合金組分為：Zn 5. 6 ?6. 6wt. %、Mg 1. 8 ?2. 6wt. %、Cu I. 0 ?I. 6wt. %、 Mn 0· 08 ?0· 12wt. %、Er 0· 08 ?0· 12wt. %、Zr 0· 08 ?0· 12wt. %，余量為 Al 及不可避 免的雜質(zhì)；優(yōu)選成份為：5. 6wt. % Zn、2. Iwt. % Mg、l. 2wt. % Cu、0. Iwt. % Mn、0. Iwt. % Er、 0. lwt. % Zr，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)，如Fe、Si等。所提供的雙級(jí)均勾化工藝通過(guò)調(diào) 整均勻化處理的溫度和時(shí)間，調(diào)控合金彌散粒子的析出，控制晶界上非平衡相的數(shù)量，使合 金組織有利于后續(xù)的熱擠壓過(guò)程。所提供的熱擠壓工藝能夠保證合金在熱擠壓過(guò)程中無(wú)開 裂等形變?nèi)毕?。所提供的雙級(jí)時(shí)效工藝通過(guò)調(diào)整第二級(jí)時(shí)效的溫度和時(shí)間，使得合金在具 有較高強(qiáng)度的同時(shí)也具有良好的耐剝落腐蝕性能。
[0004] 本發(fā)明所提出的適用于一種微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金的制備工藝，其 特征在于，包括以下步驟：
[0005] (1)、對(duì)上述合金組分的微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勾化 處理，第一級(jí)為400°C保溫10h，第二級(jí)為465°C保溫24h，處理完成后空冷。
[0006] (2)、對(duì)步驟（1)所獲得的合金在400°C下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為15:1，擠壓完成后 空冷。
[0007] (3)、對(duì)步驟（2)所獲得的擠壓件進(jìn)行470°C/2h的固溶處理，然后置于室溫水中淬 火。
[0008] (4)、對(duì)步驟（3)所獲得的合金進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，步驟如下：
[0009] A、第一級(jí)時(shí)效：105°C時(shí)效5h ;
[0010] B、第二級(jí)時(shí)效：150°C時(shí)效12?48h或160°C時(shí)效10?48h或170°C時(shí)效8?48h。
[0011] 本發(fā)明所提供的雙級(jí)均勻化工藝的第一級(jí)是將合金置于400°C下加熱保溫，有利 于Al3(ErZr)粒子的彌散析出，第二級(jí)465°C保溫24h能夠基本消除合金晶界上的非平衡 相；熱擠壓工藝能夠保證合金無(wú)開裂等缺陷；雙級(jí)時(shí)效能夠使合金晶內(nèi)析出數(shù)量眾多且細(xì) 小的納米級(jí)第二相，晶界析出相形成斷續(xù)分布，在保證一定強(qiáng)度的同時(shí)提高合金的耐剝落 腐蝕性能。
[0012] 對(duì)添加了微量元素 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金來(lái)說(shuō)，均勾化必須達(dá)到以下兩個(gè)效 果：1)消除成分偏析；2)析出細(xì)小彌散的Al3(ErZr)粒子。合金在經(jīng)過(guò)均勻化處理之后，再 經(jīng)過(guò)熱加工，而后經(jīng)過(guò)固溶時(shí)效即可得到性能優(yōu)異的Al-Zn-Mg-Cu合金成品。Al-Zn-Mg-Cu 系鋁合金主要通過(guò)時(shí)效處理提高合金的綜合性能。其時(shí)效處理主要通過(guò)對(duì)晶內(nèi)、晶界析出 相的大小、數(shù)量和分布的調(diào)節(jié)可以控制合金的強(qiáng)度、韌性以及耐蝕性，從而提高合金的綜合 性能。本發(fā)明即是向Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中添加微量的Er、Zr，通過(guò)雙級(jí)均勻化處理、熱 擠壓以及雙級(jí)時(shí)效來(lái)制備合金，使合金在具有較高強(qiáng)度的同時(shí)也具有良好的耐蝕性。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例合金400°C /10h+465°C /24h雙級(jí)均勻化的顯微圖像：（a)晶 界非平衡相的SEM背散射電子像；(WAl3(ErZr)粒子的TEM明場(chǎng)像；
[0014] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例合金400°C /IOh均勻化后的顯微組織：(a)晶界非平衡相的 SEM背散射電子像；(WAl3(ErZr)粒子的TEM明場(chǎng)像；
[0015] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例合金465°C /24h均勻化后的顯微組織：(a)晶界非平衡相的 SEM背散射電子像；(WAl3(ErZr)粒子的TEM明場(chǎng)像；
[0016] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例合金105°C /5h+(150?170) °C八0?48h)雙級(jí)時(shí)效的硬度 曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下將結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述，單本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 合金成分為 5. 6wt. % Zn、2. Iwt. % Mg、I. 2wt. % Cu、0. Iwt. % Mn、0. Iwt. % Er、 0. lwt. % Zr，余量為Al及不可避免雜質(zhì)的合金。
[0020] (1)對(duì)上述合金進(jìn)行雙級(jí)均勻化處理，其工藝為：第一級(jí)為400°C保溫10h，第二級(jí) 為465 °C保溫24h，處理完成后空冷。然后對(duì)合金分別進(jìn)行了 SEM和TEM觀察，結(jié)果如圖I (a) (b)所示。結(jié)合圖1(a)，對(duì)晶界相所占的面積分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到晶界非平衡相在整個(gè)圖像 上的面積分?jǐn)?shù)占比僅約為0.7%，基本消除了合金內(nèi)的可溶性非平衡相；結(jié)合圖1(b)，可以 看到合金中析出了細(xì)小彌散的Al 3 (ErZr)粒子。
[0021] 對(duì)比步驟（1)
[0022] 對(duì)合金成分為 5. 6wt. % Zn、2. Iwt. % Mg、I. 2wt. % Cu、0. Iwt. % Mn、0. Iwt. % Er、 0. lwt. %Zr，余量為Al及不可避免雜質(zhì)的合金分別進(jìn)行400°C和465°C的單級(jí)均勻化處理， 用與實(shí)施例1相同的方法分別對(duì)合金進(jìn)行了 SEM和TEM觀察，得到晶界非平衡相分布圖及 Al3(ErZr)彌散粒子析出情況，結(jié)果如圖2和圖3所示。
[0023] 將實(shí)施例1步驟（1)和對(duì)比步驟（1)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，實(shí)施例1步 驟（1)進(jìn)行的400°C /10h+465°C /24h雙級(jí)均勻化既能使合金組織中有效析出Al3(ErZr) 彌散粒子，又能基本消除合金晶界上的非平衡相，參見圖1。而對(duì)比步驟（1)進(jìn)行的 400°C /IOh均勻化無(wú)法消除晶界上的非平衡相，參見圖2(a) ;465°C /24h均勻化無(wú)法有效 析出Al3(ErZr)彌散粒子，參見圖3(b)。
[0024] (2)
[0025] 對(duì)步驟⑴處理的合金進(jìn)行熱擠壓，其工藝為：擠壓溫度400°C，擠壓比為15:1，擠 壓完成后合金無(wú)開裂現(xiàn)象。
[0026] (3)
[0027] 對(duì)步驟（2)得到的合金擠壓材進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，其工藝為：第一級(jí)105°C時(shí) 效5h，第二級(jí)150?170°C時(shí)效0?48h。時(shí)效完成后對(duì)合金進(jìn)行維氏硬度、拉伸測(cè)試、 剝落腐蝕測(cè)試及TEM觀察。其中，拉伸力學(xué)性能測(cè)試按照《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》 (GB/T228-2002)進(jìn)行，剝落腐蝕測(cè)試按照《鋁合金加工產(chǎn)品的剝落腐蝕試驗(yàn)方法》（GB/ T22639-2008)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。圖4為合金進(jìn)行105°C /5h+(150?170) °C八0?48h)雙級(jí)時(shí) 效后的硬度曲線，表1為合金進(jìn)行105°C /5h+(150?170) °C八0?48h)雙級(jí)時(shí)效后的剝 落腐蝕評(píng)級(jí)。結(jié)合圖4和表1可以得到，合金剝落腐蝕評(píng)定為EA級(jí)的雙級(jí)時(shí)效工藝為： 105°C /5h+150°C 八12 ?48)h，105°C /5h+160°C 八10 ?20)h，105°C /5h+170°C 八8 ?12) h，在EA范圍內(nèi)合金的維氏硬度為174. 2?189HV，在105°C /5h+170°C /8h時(shí)抗拉強(qiáng)度為 556. 6,屈服強(qiáng)度為517. 6,延伸率為12%。合金剝落腐蝕評(píng)定為PC級(jí)的雙級(jí)時(shí)效工藝為 105°C /5h+160°C 八22 ?48)h，105°C /5h+170°C 八14 ?48)h，在 PC 級(jí)范圍內(nèi)合金的維氏 硬度為148?176. 7HV，在105°C /5h+170°C /28h時(shí)抗拉強(qiáng)度為518. 6,屈服強(qiáng)度為458. 3， 延伸率為13%。綜和優(yōu)選得到合金適合的雙級(jí)時(shí)效工藝為：第一級(jí)105°C時(shí)效5h，第二級(jí) 150°C時(shí)效12?48h或160°C時(shí)效10?48h或170°C時(shí)效8?48h。
[0028]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金，其特征在于，合金組分為：Zn5. 6? 6. 6wt. %、Mg L 8 ?2. 6wt. %、Cu I. O ?I. 6wt. %、Mn 0· 08 ?0· 12wt. %、ErO. 08 ? 0. 12wt. %、Zr 0. 08?0. 12wt. %，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
2. 按照權(quán)利要求1的一種微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金，其特征在于，合金組 分為：5. 6wt. % Zn、2. Iwt. % Mg、I. 2wt. % Cu、0. Iwt. % Mn、0. Iwt. % Er、0. Iwt. % Zr，余量 為Al及不可避免的雜質(zhì)。
3. 制備權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、對(duì)微量添加 Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化處理，第一級(jí)為400°C 保溫l〇h，第二級(jí)為465°C保溫24h，處理完成后空冷； (2) 、對(duì)步驟（1)所獲得的合金在400°C下進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為15:1，擠壓完成后空 冷； (3) 、對(duì)步驟（2)所獲得的擠壓件進(jìn)行470°C /2h的固溶處理，然后置于室溫水中淬火； (4) 、對(duì)步驟（3)所獲得的合金進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，步驟如下： A、 第一級(jí)時(shí)效：105°C時(shí)效5h ; B、 第二級(jí)時(shí)效：150°C時(shí)效12?48h或160°C時(shí)效10?48h或170°C時(shí)效8?48h。
【專利摘要】一種微量添加Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金及制備工藝，屬于有色金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域。合金的成分為Zn5.6～6.6wt.％、Mg1.8～2.6wt.％、Cu1.0～1.6wt.％、Mn0.08～0.12wt.％、Er0.08～0.12wt.％、Zr0.08～0.12wt.％，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。首先對(duì)合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)均勻化退火，然后在400℃下進(jìn)行擠壓變形，之后再進(jìn)行470℃/2h的固溶處理，然后再進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效。本發(fā)明添加微量的Er、Zr，發(fā)揮其微合金作用，經(jīng)過(guò)雙級(jí)均勻化處理、熱擠壓及雙級(jí)時(shí)效處理，使合金擠壓成型，在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的抗剝落腐蝕性。
【IPC分類】C22F1-053, C22C21-10
【公開號(hào)】CN104561702
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510038958
【發(fā)明人】黃暉, 曾憲龍, 聶祚仁, 文勝平, 高坤元, 吳曉藍(lán), 李紅梅, 王為
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日