[發(fā)明專利]一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌型鋁合金板及其制備方法

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• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116479294A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹慧霞;聶存珠;唐勁松;高勇進(jìn);陳國楨
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華峰鋁業(yè)股份有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22F1/04;C21D9/00;B21C23/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王艷齋

本發(fā)明提供一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌型鋁合金板及其制備方法，所述鋁合金板為可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，所述可熱處理強(qiáng)化的鋁合金還含有Zr、Sc元素，所述Zr、Sc元素的含量以質(zhì)量百分比計(jì)，0.1wt％≤Zr+Sc≤0.26wt％、0.86≤Zr/Sc≤1.86。本發(fā)明采用低頻電磁鑄造技術(shù)以及低溫慢速擠壓的方法，并進(jìn)一步優(yōu)化合金配方和制備方法，得到具有特定異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度、高韌性的鋁合金板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌型鋁合金板及其制備方法。

背景技術(shù)

熱處理強(qiáng)化合金，例如典型的2XXX系、6XXX系、7XXX系鋁合金相比于3XXX系等這類非熱處理強(qiáng)化合金具有較高的強(qiáng)度，然而，作為材料一個(gè)通病，隨著對高強(qiáng)度的追求所帶來的后果是延伸率和韌性的明顯下降。發(fā)明人基于該問題在組織結(jié)構(gòu)方面作了大量的研究，期望通過對組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改良，在確保高強(qiáng)度的前提下，能夠改善材料的斷裂韌性。

目前，為了提供鋁合金強(qiáng)韌性的手段通常選擇采用成分調(diào)控和組織內(nèi)可強(qiáng)化合金的析出相調(diào)控，一方面去除導(dǎo)致脆性的第二相元素組分，另一方面，選擇對脆性影響相對小而強(qiáng)化作用明顯的析出相調(diào)控。

例如，現(xiàn)有技術(shù)在2XXX系、6XXX系、7XXX系合金基礎(chǔ)上添加適量的Sc、Zr元素，或者兩者都添加，通常為了使析出相整體細(xì)小彌散，通過減小析出相來增強(qiáng)增韌。然而，現(xiàn)有技術(shù)制備工藝制得的板材的晶粒通常呈等軸狀晶粒或者非等軸晶粒組織，即均為完全再結(jié)晶組織，雖然能夠獲得高強(qiáng)度板材，然其韌性過低，提高韌性仍然是困難的。

雖然，時(shí)效強(qiáng)化合金的強(qiáng)度較為理想，但材料的韌性不足一直是制約這類材料應(yīng)用的首要問題。對于現(xiàn)有可熱處理強(qiáng)化鋁合金的高強(qiáng)、高韌改良方法仍然在不斷地探索和研究中，提供一種強(qiáng)韌性相對更高的鋁合金具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌型鋁合金板及其制備方法，在合金中引入一定量的Sc和Zr元素，結(jié)合相應(yīng)的工藝?yán)贸跎鶤l₃(Sc,Zr)相和次生Al₃(Sc,Zr)相來調(diào)控鋁合金板的組織形態(tài)，得到具有特定異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度、高韌性的鋁合金板。所述制備方法采用低頻電磁鑄造技術(shù)以及低溫慢速擠壓的方法調(diào)控獲得特定結(jié)構(gòu)參數(shù)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在工藝上，實(shí)現(xiàn)更加方便產(chǎn)業(yè)化的強(qiáng)韌型鋁合金板材制備。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌型鋁合金板，所述鋁合金板的材質(zhì)為可熱處理強(qiáng)化鋁合金，所述可熱處理強(qiáng)化鋁合金中含有Zr元素和Sc元素；所述Zr元素和Sc元素的含量以質(zhì)量百分比計(jì)，0.1wt％≤Zr+Sc≤0.26wt％且0.86≤Zr/Sc≤1.86；

所述初生Al₃(Sc,Zr)相平均尺寸≤1.2μm；次生Al₃(Sc,Zr)相平均尺寸≤20nm；

所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括存在于所述鋁合金板的顯微組織中的再結(jié)晶組織和纖維狀組織，所述再結(jié)晶組織的最小分布單元為再結(jié)晶組織團(tuán)簇，所述再結(jié)晶組織團(tuán)簇由單個(gè)再結(jié)晶晶粒匯聚形成；所述再結(jié)晶組織團(tuán)簇隨機(jī)分布在所述纖維狀組織中。

值得說明的是，本發(fā)明期望通過Zr和Sc元素形成的初生Al₃(Sc,Zr)相和次生Al₃(Sc,Zr)相來調(diào)控結(jié)晶組織，獲得所述鋁合金板的縱截面中，再結(jié)晶組織與纖維狀組織間隔分布的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究中發(fā)現(xiàn)，在同類的鋁合金配方體系下，這類異質(zhì)結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)的完全再結(jié)晶組織(或稱等軸狀晶粒組織)具有更好的增強(qiáng)、增韌效果。

本發(fā)明的發(fā)明機(jī)理是：