[發(fā)明專利]具有高強(qiáng)度、高韌性、低成本的高Zn含量變形Al?Zn合金及制備方法

在審

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• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107058828A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉崇宇;楊霞;孟征兵;李義兵;黃宏鋒;江鴻杰;喻亮;韋莉莉;亓海全
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/02;C22F1/053
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有高強(qiáng)度、高韌性、低成本的高Zn含量變形Al-Zn合金及其制備方法。

背景技術(shù)

變形鋁合金因其高比強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異耐腐蝕性能等優(yōu)異力學(xué)或物理性能而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、軌道交通、國防等領(lǐng)域。目前，人們已經(jīng)開發(fā)出Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Si-Mg、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn-Mg等多個(gè)牌號的商用鋁合金。

盡管上述合金在工程領(lǐng)域上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的商用鋁合金加工工藝極為復(fù)雜，并且對生產(chǎn)工藝具有嚴(yán)格的控制要求。否則在熔鑄過程中極易發(fā)生熱裂，導(dǎo)致熔鑄失敗。因此傳統(tǒng)商用鋁合金普遍具有較高加工的成本特點(diǎn)。

尋求新合金體系，使其具有優(yōu)異力學(xué)性能的同時(shí)，還具有較低的生產(chǎn)成本具有重要的工程意義。近年來，人們發(fā)現(xiàn)高Zn含量的Al-Zn二元體系合金具有彈性模量高、耐磨損性高及超高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。廉價(jià)的Zn還可大幅降低高Zn含量Al合金的生產(chǎn)成本。同時(shí)，從Al-Zn二元相圖可知，該合金還具有較低的液相線，因此在熔鑄該合金的過程中可降低加熱溫度，進(jìn)而減少能耗。進(jìn)一步降低合金成本。因此高Zn含量鋁合金有高強(qiáng)度、高韌性以及低成本特點(diǎn)。但是，到目前為止，還未出現(xiàn)關(guān)于高Zn含量變形合金的應(yīng)用報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高強(qiáng)度、高韌性以及低成本的高Zn含量變形鋁合金及其制備方法。本發(fā)明主要是利用工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅作為原料，借助于熔煉、鑄造、熱處理、軋制變形手段，可得到具有優(yōu)異力學(xué)性能的變形鋁合金。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一、本發(fā)明的鋁合金中Zn的重量百分比含量為20-35%,合金平均晶粒尺寸為3μm左右。

二、上述Al-Zn合金的制備方法：

1、原材料：工業(yè)純鋁塊和工業(yè)純鋅絲。

2、鑄造Al-Zn合金：將200g工業(yè)純鋁塊在電阻爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為750℃，坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護(hù)及真空環(huán)境。待鋁完全融化后，將50-108g工業(yè)純鋅絲沉入熔池，降低爐內(nèi)溫度至700-730℃，保溫20分鐘后，進(jìn)行澆注，鑄型為石墨鑄型，制備出鋅重量百分比含量為20-35%的Al-Zn合金。

3、Al-Zn合金固溶處理：將步驟(2)所得鑄造態(tài)Al-Zn合金在400℃-475℃環(huán)境下保溫1-5小時(shí)后，進(jìn)行水冷處理。

4、Al-Zn合金軋制變形：將步驟(3)所得固溶后的Al-Zn合金進(jìn)行多道次的軋制變形，變形溫度為室溫-400℃，總變形量為50%-90%。

本發(fā)明與現(xiàn)有市面商用鋁合金相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）本發(fā)明的鋁合金強(qiáng)度適中，最大抗拉強(qiáng)度為370-450MPa、2）塑性適中，最大延伸率為5%-13%、3）生產(chǎn)成本更加低廉，僅需要固溶和軋制變形處理，且固溶溫度較低，時(shí)間較短。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的變形Al-Zn合金的金相圖。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1:

（1）將200g工業(yè)純鋁錠(湖南稀土研究院生產(chǎn))放入電阻爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為750℃。坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護(hù)及真空環(huán)境。鋁錠完全融化后，加入108g純鋅絲（北京中金研材料科技有限公司生產(chǎn)）。同時(shí)將爐內(nèi)溫度降低至700℃，保溫20分鐘后，進(jìn)行澆注，鑄型為石墨鑄型，得到鑄造態(tài)Al-35%Zn合金。

（2）對步驟(1)所得鑄造態(tài)Al-35%Zn合金在400℃環(huán)境下保溫5小時(shí)后，進(jìn)行水冷處理。得到固溶態(tài)Al-35%Zn合金。

（3）對步驟(2)所得固溶態(tài)Al-35%Zn合金進(jìn)行400℃熱軋，單道次變形量為5%，熱軋總變形量為90%。

實(shí)施例2:

（1）將200g工業(yè)純鋁錠(湖南稀土研究院生產(chǎn))放入電阻爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為750℃。坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護(hù)及真空環(huán)境。鋁錠完全融化后，加入108g純鋅絲（北京中金研材料科技有限公司生產(chǎn)）。同時(shí)將爐內(nèi)溫度降低至720℃，保溫20分鐘后，進(jìn)行澆注，坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護(hù)及真空環(huán)境，得到鑄造態(tài)Al-35%Zn合金。

（2）對步驟(1)所得鑄造態(tài)Al-35%Zn合金在430℃環(huán)境下保溫3小時(shí)后，進(jìn)行水冷處理。得到固溶態(tài)Al-35%Zn合金。

（3）對步驟（2）所得固溶態(tài)Al-35%Zn合金進(jìn)行400℃熱軋，單道次變形量為5%，熱軋總變形量為50%。對熱軋后的Al-35%Zn合金再進(jìn)行單道次變形量為5%的冷軋，冷軋總變形量為80%。

實(shí)施例3: