一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材及其制备方法，包含下列元素成分：Cu:2.1~2.3%，Mg:1.8~2.1%，Zn:7.8~8.1%，Zr:0.16~0.4%，Er:0.1~0.2%，Sc:0.1~0.25%，余量为Al；制备方法主要是通过利用7055铝合金、工业纯锌、Al‑50Mg、Al‑10Zr、Al‑50Cu、Al‑5Er和Al‑2Sc作为原料，借助于熔炼、铸造、热处理、轧制等手段，最终获得具有优异力学性能的含Sc、Er的7055铝合金板材，该铝合金板材强度高，屈服强度为600‑617MPa，最大抗拉强度为657‑679MPa。

A high strength and high toughness aluminum alloy sheet with rare earth scandium and erbium and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材及其制备方法
本专利技术属于金属材料及其加工
，涉及一种铝合金板材，尤其涉及一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材及其制备方法。
技术介绍
7xxx铝合金因其高比强度、高韧性、优异耐腐蚀性能等优异力学或物理性能而被广泛应用于航空、航天、轨道交通、国防等领域。其中7055铝合金（Al-Zn-Mg-Cu合金），由于其超高的强度和韧性已被广泛应用于航天、航空、轨道交通及国防等关键领域。随着社会进步和工业发展，某些特殊领域对结构材料的力学性能及密度提出了越来越高的要求。因此需要进一步提高7055铝合金强度及韧性，以解决某些关键领域对高性能、低密度结构材料的重大需求。近年来，人们发现微量稀土钪（Sc）和铒（Er）元素可以非常有效地细化5xxx和7xxx铝合金的微观组织，优化其力学性能。但目前为止，Sc及Er对含Cu、Zr的超高强7系铝合金，如7055铝合金的微观结构及力学性能影响的研究还未得到研究者的普遍关注。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材及其制备方法。主要是通过利用7055铝合金、工业纯锌、Al-50Mg中间合金、Al-10Zr中间合金、Al-50Cu中间合金、Al-5Er中间合金和Al-2Sc中间合金作为原料，借助于熔炼、铸造、热处理、轧制等手段，获得具有优异力学性能的含Sc、Er7055铝合金板材。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案是：一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材，按质量百分数计，所述含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材包含下列元素成分：Cu:2.1~2.3%，Mg:1.8~2.1%，Zn:7.8~8.1%，Zr:0.16~0.4%，Er:0.1~0.2%，Sc:0.1~0.25%，余量为Al和不可避免的杂质元素。以上所述含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材，优选包含下列元素成分：Cu:2.24%，Mg:1.95%，Zn:8.1%，Zr:0.3%，Er:0.2%，Sc:0.1%，余量为Al和不可避免的杂质元素。以上所述的含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：S1.按照含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材中的各元素成分含量，称取7055铝合金锭、工业纯Zn、Al-50Mg中间合金、Al-10Zr中间合金、Al-50Cu中间合金、Al-5Er中间合金和Al-2Sc中间合金；S2.先将Al-10Zr、Al-50Cu、Al-5Er和Al-2Sc中间合金在中频电磁感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1580~1620℃，充分搅拌后静置20~40min，再把中频电磁感应炉熔炼后的高温熔液转移至温度为745~760℃的电阻炉中，加入7055铝合金锭，保温45~60min，然后将工业纯Zn和Al-50Mg中间合金原料投入电阻炉的坩埚中，降低炉温至720~735℃，保温20~30min后进行浇注；得铝合金铸锭；S3.将铝合金铸锭在温度为470~475℃的箱式炉中保温24~26h，进行均匀化处理，然后随炉冷却；S4.将均匀化后的铝合金铸锭进行多道次的热轧变形，变形温度为400~450℃，总变形量为65~70%，获得铝合金板材；S5.将轧制获得的铝合金板材进行固溶处理，固溶处理温度为460~465℃，保温60~65min后水冷；水冷后进行人工时效处理24~25h。优选的，所述步骤S2中，在电磁感应炉中熔炼温度为1600℃，充分搅拌后静置30min。优选的，所述步骤S2中，电阻炉的温度为755℃，加入7055铝合金锭，保温50min。优选的，所述步骤S3中，铝合金铸锭在温度为472℃的箱式炉中保温25h，进行均匀化处理。优选的，所述步骤S4中，变形温度为405℃，总变形量为70%。优选的，所述步骤S5中，固溶处理温度为465℃，保温60min后水冷。优选的，人工时效处理的温度为120℃。优选的，所述步骤S2中，坩埚为石墨坩埚，铸型为石墨铸型，铸造过程无惰性气体保护或真空环境。以上所述的含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材及其制备方法，通过加入Al-50Mg中间合金、Al-10Zr中间合金、Al-50Cu中间合金Al-5Er和Al-2Sc中间合金作为原料，可对7055铝合金的性能进行优化，其中，加入Zr和Er能显著细化晶粒，抑制再结晶从而提高铝合金材料的强度和高温稳定性。本专利技术通过采用中频电磁感应炉预先对Al-10Zr、Al-50Cu、Al-5Er和Al-2Sc中间合金进行熔炼，熔炼温度均匀易控制，能使中间合金熔解更为充分，且通过对铝合金中的晶粒进行预先细化，可以降低后续晶粒尺寸控制的难度，提高晶粒细化的效果，进而帮助有效提高铝合金板材的强度。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术与现有市面商用7055铝合金相比具有如下优点：（1）本专利技术的铝合金强度高，屈服强度为600-617MPa，最大抗拉强度为657-679MPa；（2）塑性适中，拉伸延伸率为11%-15%；（3）合金热稳定性高，在150℃环境下长时间热处理，仍然可保持较高硬度。附图说明图1为本专利技术实施例1获得的含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材的光学显微镜照片。图2为本专利技术实施例1获得的含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材的透射电子显微镜照片。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐述本专利技术。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例采用的7055铝合金成分按重量百分比计算为：2.24%Cu、1.95%Mg、7.82%Zn、0.16%Zr，余量为Al。实施例1S1.称取1.8gAl-10Zr中间合金、2.5gAl-50Cu中间合金、8gAl-5Er中间合金、30gAl-2Sc中间合金、4g工业纯Zn、2gAl-50Mg中间合金和350g7055铝合金。S2.将1.8gAl-10Zr、2.5gAl-50Cu、8gAl-5Er和30gAl-2Sc中间合金在中频电磁感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1620℃，充分搅拌后静置20分钟，再把中频电磁感应炉熔炼后的高温熔液转移至温度为760℃的电阻炉中，加入350g7055铝合金锭，保温60分钟后，将4g工业纯Zn和2gAl-50Mg中间合金投入电阻炉的坩埚，降低炉温至735℃，保温30分钟后进行浇注，熔炼所用坩埚为石墨坩埚，铸型为石墨铸型，铸造过程无需惰性气体保护或真空环境，制备出含有2.24%Cu、1.95%Mg、7.82%Zn、0.3%Zr、0.1%Er和0.15%Sc的铝合金铸锭。S3.将铝合金铸锭在温度为475℃的箱式炉中保温24h，进行均匀化处理，然后随炉冷却。S4.将均匀化后的铝合金铸锭进行多道次的热轧变形，变形温度为400℃，总变形量为70%，获得铝合金板材。S5.将轧制获得的铝合金板材进行固溶处理，固溶温度为460℃，保温65min后水冷，水冷后进行120℃人工时效处理24小时。实施例2S1.称取1gAl-10Zr中间合金、2.3gAl-50Cu中间合金、10gAl-5Er中间合金、50gAl-2Sc中间合金、4g工业纯Zn、2gAl-50Mg中间合金和350g7055铝合金。S2.将1gAl-10Zr、2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材，其特征在于：按质量百分数计，所述含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材包含下列元素成分：Cu: 2.1~2.3%，Mg : 1.8~2.1%，Zn: 7.8~8.1%，Zr: 0.16~0.4%，Er: 0.1~0.2%，Sc: 0.1~0.25%，余量为Al和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材，其特征在于：按质量百分数计，所述含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材包含下列元素成分：Cu:2.1~2.3%，Mg:1.8~2.1%，Zn:7.8~8.1%，Zr:0.16~0.4%，Er:0.1~0.2%，Sc:0.1~0.25%，余量为Al和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材，其特征在于：所述含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材包含下列元素成分：Cu:2.24%，Mg:1.95%，Zn:8.1%，Zr:0.3%，Er:0.2%，Sc:0.1%，余量为Al和不可避免的杂质元素。3.如权利要求1或2所述的含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.按照含稀土钪及铒的高强高韧铝合金板材中的各元素成分含量，称取7055铝合金锭、工业纯Zn、Al-50Mg中间合金、Al-10Zr中间合金、Al-50Cu中间合金、Al-5Er中间合金和Al-2Sc中间合金；S2.先将Al-10Zr、Al-50Cu、Al-5Er和Al-2Sc中间合金在中频电磁感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1580~1620℃，充分搅拌后静置20~40min，再把中频电磁感应炉熔炼后的高温熔液转移至温度为745~760℃的电阻炉中，加入7055铝合金锭，保温45~60min，然后将工业纯Zn和Al-50Mg中间合金原料投入电阻炉的坩埚中，降低炉温至720~735℃，保温20~30min后进行浇注；得铝合金铸锭；S3.将铝合金铸锭在温度为470~475℃的箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫宇飞，周文标，李剑，向晶，周伟，苏智琦，
申请(专利权)人：广西南南铝加工有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45