[發(fā)明專利]一種易加工回收7系變形鋁合金及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107164669B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白晶;曹瑞樺;張越;孟姣;陶衛(wèi)建;王明華
• 申請（專利權(quán)）人: 常州市億和合金熔鑄有限公司
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03
• 代理公司: 南京中高專利代理有限公司 32333
• 代理人: 呂波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金金屬技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種易加工回收7系變形鋁合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金密度低，比強度和比剛度較高，成形性能好，是金屬材料中用途廣泛的輕金屬之一，其使用量僅次于鋼鐵。鋁合金結(jié)構(gòu)件的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝多為鑄造，經(jīng)常出現(xiàn)鑄造缺陷等問題，大大降低了生產(chǎn)率。變形鋁合金是熔鑄成型后，再經(jīng)熱擠壓、軋制等方法加工得到板材、線材和棒材等。同鑄造鋁合金相比，變形鋁合金具有更高的強度、塑性、耐腐蝕性等特點，因而得到了更為廣泛的應用。自上世紀60年代多，材料科技工作者在Al-Cu-Mg系合金基礎(chǔ)上添加了少量的Ag元素，開發(fā)出了耐熱型高強鋁合金，該合金改變了Al-Cu-Mg系合金的析出序列，從而顯著改善了合金性能，添加Ag后的鋁合金具有更高的強度，更高的使用溫度及更為良好的耐疲勞性能和斷裂抗力。Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系合金都是可以進行熱處理強化，且能通過簡單工藝使其性能得到很大的提升。同時，Sc和Zr的添加會使合金中析出更多細小的彌散第二相Al₃Sc或Al₃(Sc,Zr)，由此來強化基體；Ag和Mg原子之間存在較強的相互作用，有大量的Mg-Ag共聚原子團形成，提供了Ω相有利的形核位置，在很大程度上提高了合金的室溫和高溫性能。但是這些彌散的第二相同時也對晶界和亞晶界具有很強的阻礙作用，一定條件下會對合金的回復再結(jié)晶過程造成嚴重的影響。因此，需要開發(fā)一種同時提高合金強度、降低再結(jié)晶難度的過程簡單、成本較低制備效果優(yōu)良的變形鋁合金生產(chǎn)工藝，以此解決鋁合金在強度和再結(jié)晶溫度中兩者不兼得的問題，提高其生產(chǎn)和回收效率。

電渣熔鑄不同于傳統(tǒng)重力鑄造，它是一種利用電流通過液渣所產(chǎn)生的電阻熱進行熔煉的冶金工藝。它能有效提純金屬并得到表面潔凈、組織均勻致密的鑄錠。室溫下大塑性變形能細化晶粒，有效提高鋁合金的強度和韌性；等通道轉(zhuǎn)角擠壓能獲得致密的、大塊的、較均勻的超細晶，獲得綜合力學性能優(yōu)異的鋁合金型材，且工藝相對簡單。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種易加工回收的7系變形鋁合金的成分組成及其制備方法。本發(fā)明采用多元微合金化手段，通過對多種微合金化元素的優(yōu)化選擇，控制多種微合金元素之間的配比，形成強度高、變形量大且容易再結(jié)晶的組織，克服了以往鋁合金在鑄造中缺陷較多的問題，兼顧材料的強度和韌性，獲得綜合力學性能優(yōu)異的變形鋁合金。

現(xiàn)有的高強度鋁合金中一般添加微量元素Zr， Zr在鋁合金凝固時會固溶在Al基體中，在后續(xù)的熱處理中形成Al3Zr彌散相，提高沿晶斷裂抗力，但Zr的添加會阻礙基體再結(jié)晶。研究發(fā)現(xiàn)，在添加微合金元素Zr的基礎(chǔ)上，添加少量Cr，會形成更小的彌散相釘扎晶界和亞晶界，提高合金的強度，但同樣會抑制其再結(jié)晶過程，所以本發(fā)明嚴格控制Zr、Cr元素的添加量，兼顧合金的力學性能和再結(jié)晶溫度。研究表明，Ag元素的添加會使合金在時效初期，因Ag原子和Mg原子之間的較強相互作用，形成大量的Mg-Ag共聚原子團，為相的形核提供有利的位置，會很大程度提高合金的室溫和高溫性能。

基于以上研究和本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種易加工回收7系變形鋁合金的成分配比，鋁合金包括下述組分按重量百分比組成：Mg 0.2-0.5%、Zn 4-8%、Cu 0.05-0.3%、Zr 0-0.1%、Sc 0-0.2%、Cr 0-0.2%、Ag 0.001-0.1%，余量為Al。

其中，Si<0.15%、Mn<0.15%、Fe<0.15%、Ti<0.1%。

本發(fā)明還提供一種易加工回收的7系變形鋁合金的制備方法，包括以下步驟：

將待制備的鋁合金原料鋁錠、鋁鎂合金、鋁鋅合金、鈧、鉻和銀混合后在SF₆和CO₂混合氣體保護下置于760-780℃坩堝爐中熔煉制成鑄棒；隨后將鑄棒裝入電渣爐進行電渣熔煉；電渣熔煉后經(jīng)水冷結(jié)晶器快速凝固得到鋁合金鑄錠。

將DC棒材在450℃~470℃下保溫16小時，再升溫至460℃~480℃保溫8小時，出爐后立即淬火。

將上述合金在100℃~120℃下保溫6小時，150℃~180℃下保溫6小時。

將電渣熔鑄得到的圓錠經(jīng)室溫冷塑性變形擠成坯料，擠壓比為16:1。

對進行過一次擠壓后的扁坯在室溫下進行6個道次的等通道轉(zhuǎn)角擠壓成為最終型材，旋轉(zhuǎn)角為90度，每道次擠壓后試樣按同一方向旋轉(zhuǎn)90度進入下一道次擠壓。

將擠壓成型的最終型材在200℃~300℃下進行靜態(tài)再結(jié)晶處理。