[發明專利]一種7系鋁合金及提高其耐應力腐蝕能力的方法

在審

• 申請號: 202110398791.8
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113201671A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 溫璐;劉文才;吳國華;徐仕豪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03;C22F1/053
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種7系鋁合金及提高其耐應力腐蝕能力的方法，鋁合金包括：Zn6.5～7.0％，Cu2.0～2.5％，Mg1.3～2.0％，Ti0.03～0.1％，Cr0.15～0.30％，Mn0.10～0.20％，Fe≤0.10％，其余為Al。所述方法包括熔煉、均勻化處理、擠壓、固溶時效、回歸、分級時效處理。本發明向鋁基體中加入的Cr、Mn主要進入因能量起伏和結構起伏所形成的原子團簇中，作為Al₃Ti形核基底，在均勻化處理過程中析出彌散均勻的Al₃Ti粒子，使合金具備更好的抑制再結晶作用，再對擠壓態合金進行固溶和峰值時效、回歸和分級時效，改善時效析出相的尺寸和分布情況，提高耐應力腐蝕能力。

技術領域

本發明涉及一種7系鋁合金及提高其耐應力腐蝕能力的方法，用于推進7系鋁合金在汽車和軌道交通等領域的應用。本發明屬于金屬材料技術領域。

背景技術

7系鋁合金是主要以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu為材料的合金。這類高強度合金具有比重小、強度高、加工性能好及焊接性能優良等特點，被廣泛地應用于航空及民用工業等領域，是航空工業的主要結構材料。例如，美國波音747、767、757、777飛機用鋁合金材料的占比高達70％～80％。此外，超高強鋁合金也是重要的輕質高強結構材料，在軌道交通和汽車領域具有廣闊的應用前景。鋁合金在軌道交通領域的應用最早可追溯到1896年，法國國家鐵路首次使用鋁合金客車窗框。目前，鋁合金材料已經被廣泛應用于國內外高速列車中，除7系鋁合金外，還包括5系(Al-Mg)和6系(Al-Mg-Si)鋁合金。針對底架、枕梁等高強度要求的關鍵部件，必須采用強度相對較高的可焊7系鋁合金，例如7N01、7003。

根據交通車輛的服役特點，這類高強鋁合金不僅需要具有較高的強度、良好的熱變形性能，而且還需要有優良的焊接性能。Al-Zn-Mg系高強鋁合金主要用于車輛重要受力構件車體底架上，部件在加工和服役過程中無法避免殘余應力和外加載荷的作用。在特定的腐蝕環境，如Cl^-存在的條件下，鋁合金構件在受拉應力作用時極易發生應力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking,簡稱SCC)。近30年來，我國將主要精力放在7系鋁合金的研發上。實踐證明，借助航空領域微合金化思路來開發高強度可焊7系鋁合金需要面臨諸多挑戰。例如，為提高合金強度，Zn和Mg總含量必須達到或高于8％，但這將提高合金應力腐蝕開裂傾向；Al-Zn-Mg-Cu合金雖然能獲得高強度和抗應力腐蝕性能，但Cu元素的大量加入，會嚴重損壞合金的焊接性能。

高強合金中主元素比例及主要微量元素都是影響合金性能的重要因素。軌道交通用鋁合金在微合金化探索上，急需克服微量元素在耐腐蝕性能與焊接性能間的矛盾關系。此外，在7系鋁合金實際開發中，往往采用不同的熱處理制度，為平衡這層矛盾關系又增加許多困難。

專利文獻CN110184513A記載了一種高抗應力腐蝕Al-Zn-Mg-Cu鋁合金型材及其制備方法，其包括：Si≤0.1％，Fe≤0.1％，Cu＝0.12～0.14％，Mn＝0.23～0.25％，Mg＝0.75～0.8％，Cr＝0.15～0.17％，Zn＝5.7～5.8％，Zr＝0.16～0.19％，Ti＝0.02～0.04％，Fe/Si比值1.8～2.5，Zn/Mg比控制在7.1-7.7。制備方法包括熔煉、精煉、精華熔體、鑄造、均勻化退火、擠壓、固溶淬火、去應力和時效處理。但其是采用犧牲強度(抗拉強度最高僅達到345MPa)的方法來獲得更高的耐應力腐蝕能力。

發明內容