[發(fā)明專利]鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110363532.8
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102409205A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王月;劉國元;金建新
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03;C22F1/053
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務(wù)所 41112
• 代理人: 王自剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備方法，特別是一種鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法。

背景技術(shù)

目前一些現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件，需要使用7000系高強耐蝕可焊鋁合金。而我國目前只有中等強度的耐蝕可焊7000系鋁合金，不能滿足一些現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件的使用需求。7000系鋁合金是一些海洋結(jié)構(gòu)件用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。美國已將高強耐蝕可焊7000系鋁合金用于現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件，其合金抗拉強度為525MPa以上，屈服強度為455MPa以上。但是，到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋結(jié)構(gòu)件用高強耐蝕可焊7000系鋁合金，這一定程度上制約了我國一些海洋結(jié)構(gòu)件的發(fā)展。

專利CN?101838761?A中的7000系鋁合金，其Zn/Mg比、Cu/Mg比高，具有高的強度、硬度和好的抗剝落腐蝕性能，但其焊接性能及抗應(yīng)力腐蝕性能等不能滿足現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件的使用需求。

目前我國一些對強度要求不高的海洋結(jié)構(gòu)件主要使用的是7000系的中強耐蝕可焊7A19變形鋁合金，該合金抗拉強度為380MPa以上，屈服強度為300MPa以上。7A19鋁合金的成分為：Zn4.5~5.3%，Mg1.3~1.9%，Mn0.30~0.50%，Cu0.08~0.30%，Cr0.10~0.20%，Zr0.08~0.20%，Be0.0001~0.005%，F(xiàn)e≤0.40%，Si≤0.30%，余量為Al。我國的7A19鋁合金在一些對強度要求不高的海洋結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用效果很好，但其強度偏低，不能滿足一些高強度海洋結(jié)構(gòu)件的使用需求。因此本發(fā)明以7000系合金成分為基礎(chǔ)，結(jié)合我國7A19鋁合金的成分特點和制備方法，發(fā)明一種鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁-鋅-鎂合金及其制備方法。

Al-Zn-Mg合金的主要合金元素Zn和Mg在鋁中的溶解度較高，合金具有很好的淬火時效效應(yīng)。Zn和Mg不僅可決定強化相的種類和數(shù)量，而且可決定合金的自淬火性、熱處理強化效果、應(yīng)力腐蝕抗力、工藝性能、焊接性能。因此必須根據(jù)技術(shù)要求和用途來確定合適的Zn、Mg含量。一般來說Al-Zn-Mg合金的強度隨Zn+Mg含量的增加而升高，但會降低合金的應(yīng)力腐蝕抗力。為了使合金具有高的強度和優(yōu)良的耐腐蝕性能和焊接性能，需選擇合適的Zn+Mg和Zn/Mg的含量并提高合金的純度等。7A19合金的Zn+Mg=2%~7%，Zn/Mg=2.8~3.5，本發(fā)明的7000系合金將Zn+Mg含量提高到7.2%~9.1%，Zn/Mg為2.9~1.9，具體來說5.2~6.0%Zn，2.0~3.1%?Mg較為合適。

由于Al-Zn-Mg合金的應(yīng)力腐蝕和焊接熱裂敏感性較高，故必須加入少量Zr、Mn、Cr來改善合金的抗腐蝕性能、焊接性能等。本發(fā)明中的這些元素以不同的組合加入。

Zr、Mn、Cr雖然影響Zn、Mg在Al中的α固溶體分解的動力學(xué)，但它們對Al-Zn-Mg合金的時效強化影響很小。它們在結(jié)晶時均固溶于α，而在鑄錠均勻化處理的過程中，部分以彌散的金屬間化合物形式析出，部分保留在α中，它們提高了再結(jié)晶溫度，影響分解產(chǎn)物的分布，因而影響半成品的組織和性能。Zr不僅可以明顯提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，而且還能顯著降低合金的焊接熱裂傾向，其原因，首先是Zr在熔鑄過程中增加非自發(fā)晶核而明顯細化晶粒。同時在一定的溫度條件下和金屬中的氫氣形成ZrH，減少金屬中氫氣的有害影響。其次Zr在隨后的均勻化處理中析出二次彌散質(zhì)點，不但能抑制Zn、Mg原子向晶界偏聚，而且還能抑制材料在處理和加工過程中的再結(jié)晶，保持材料的纖維組織，從而提高了抗應(yīng)力腐蝕性能，即Zr除了可顯著提高合金的再結(jié)晶溫度外，在鑄造和焊接時可強烈細化晶粒，降低了熱裂傾向，Zr還可使合金中的氫含量放寬及熱影響區(qū)中不出現(xiàn)氣孔。Mn、Cr顯著提高熱變形制品特別是擠壓件的再結(jié)晶溫度。但Zr、Mn、Cr含量過高會變成粗大化合物。要使它們既不形成粗大化合物，又能細化晶粒提高應(yīng)力腐蝕抗力等，0.15~0.22%Zr、?0.10~0.20%Mn、0.18~0.28%Cr較為適宜。

Al-Zn-Mg合金中加入少量的Cu時，隨Cu含量增加，可提高合金強度等。

Ti可細化Al-Zn-Mg合金鑄鈦的晶粒和改善可焊性。但Ti會加劇Al-Zn-Mg合金剝落腐蝕，因此Ti含量不能過高，在含Zr的情況下也可不加Ti。

Fe、Si在本發(fā)明的合金中是作為有害雜質(zhì)限制的，它們通常生成一次晶粗大化合物和含F(xiàn)e、Si的多元化合物，造成了合金的不均勻組織，對合金的強度性能、焊接抗裂性和抗腐蝕性能等產(chǎn)生很不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容