[發明專利]一種Al-Mg-Zn系合金及其合金板材的制備方法

有效

• 申請號: 201410577461.5
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104313413A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 張迪;候勝利;張濟山;莊林忠;劉君城
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C21/08
• 分類號: C22C21/08;C22C21/06;C22F1/047
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于有色金屬及其制備領域，尤其涉及一種高強度可工業化應用的Al-Mg-Zn型合金，及由這種合金制得的板材產品。

發明背景

為了降低動力用燃料和提高大型運載工具的效益，降低結構重量已是一種必然的趨勢。高Mg的5×××系鋁合金具有良好的抗腐蝕性、成形性、可焊性以及中等強度，是裝甲以及船舶減重用板材的最佳選擇之一，如H321和H116狀態的5×××系鋁合金是大型船舶用板材的重要結構材料，H131和H136狀態的5×××系鋁合金則廣泛應用于軍用裝甲車外板及坦克底板。目前國際上已有的AA5083、AA5383及AA5059等合金在這個領域都取得了相當成功的應用。其中美國鋁業協會1999年登記注冊的AA5059合金在AA5083合金的基礎上大幅提高了合金中Mg、Zn和Cu的含量，在保持延伸率基本不變的前提下，顯著提高了合金的屈服強度和抗拉強度，同時保持合金的抗腐蝕性不低于AA5083合金。該合金以其優異的綜合性能正逐步占據裝甲以及船舶材料領域的市場。

上述三種合金的組成范圍分別為：AA5083：Mg含量為4.0至4.9，Mn含量為0.4至1.0，Cr含量為0.05至0.25，Zn含量最高為0.25，Cu含量最高為0.1，Ti含量最高為0.15，Fe含量最高為0.4，Si含量最高為0.4；AA5383：Mg含量為4.0至5.2，Mn含量為0.7至1.0，Cr含量最高為0.25，Zn含量最高為0.4，Cu含量最高為0.2，Ti含量最高為0.15，Fe含量最高為0.25，Si含量最高為0.25，Zr含量最高為0.2；AA5059：Mg含量為5.0至6.0，Mn含量為0.6至1.2，Cr含量最高為0.25，Zn含量為0.4至0.9，Cu含量最高為0.25，Ti含量最高為0.2，Fe含量最高為0.5，Si含量最高為0.45，Zr含量為0.05至0.25。其中AA5059合金也公開在US-6695935-B1、US-6238495-B1、CN-101233252-A和CN-101631882-A專利中。

我們目前已經申請的專利(申請號201410117124.8)在AA5059合金的基礎上，進一步微量提高合金中Zn的含量，通過優化合金的加工工藝，進一步提高了合金H131狀態的力學性能以及H321狀態的力學性能和抗腐蝕性能。該合金不僅可應用于船舶材料領域，同時也可用做裝甲板材料等。另一份專利(申請號201410381094.1)在此基礎上繼續添加Zn含量并且通過優化合金的加工工藝，增大合金的冷軋量，顯著提高了合金的強度以及抗晶間腐蝕性能。

本發明基于Al-Zn-Mg(7xxx系)合金脫溶沉淀形成球狀GP區→η'→η(MgZn₂)，球狀GP區→T'→T(Al₂Mg₃Zn₃),固溶時效處理起析出強化作用的科學思想，提出了5xxx系合金設計的新概念。通過在5xxx系合金中引入大量Zn來降低Mg的相對固溶含量，大量消耗Al-Mg析出相，促使晶內生成大量含Zn復合相，起析出強化作用。調整合金的固溶成分，將不可熱處理析出強化的5xxx系合金轉化成可時效析出強化型合金，顯著提高合金的力學性能。這是本方法與AA5059合金添加少量Zn的本質區別。這樣就為研究開發高強度高延伸率的新合金提供了新思路，具有良好的研究和應用前景。

發明內容：

為了克服現有技術的不足，針對常規Al-Mg系合金時效析出不夠理想的特點，開發出一種可以時效析出強化的新型Al-Mg-Zn系合金，顯著提高5×××系鋁合金的力學性能。

本發明通過相圖成分設計和優化首先對Al-Mg-Zn合金的成分范圍進行選擇，然后通過熔煉鑄造等加工工藝制備所設計的合金，并對其冷軋態以及時效析出態進行研究，最終確定具有冷軋態以及時效析出強化態Al-Mg-Zn合金的成分。

本發明的第一目的在于提供一種具有高強度的新型5×××系Al-Mg-Zn合金，其特征在于該合金的化學成分具有質量百分比含量為：4.0～5.7％Mg，2.5～4.0％Zn，0～0.4％Cu，0.4～1.2％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.4％Fe，0～0.4％Si，其余為Al。

優選的，所述鋁合金的質量百分比含量為，4.3～5.5％Mg，2.5～3.5％Zn，0～0.2％Cu，0.6～1.0％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.2％Fe，0～0.2％Si，其余為Al。