本发明专利技术公开了一种高强高韧耐蚀Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ）合金，通过在Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ）合金中添加Ｚｒ，同时添加适量的Ｃｒ；或在添加Ｚｒ的同时，添加Ｃｒ和稀土元素Ｅｒ或Ｙｂ。本发明专利技术在复合添加上述元素后，能提高Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ）合金再结晶抗力，同时提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能，且Ｚｒ、Ｃｒ等微合金和稀土金属Ｅｒ或Ｙｂ价格相对便宜，更适于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属合金制备，特别属于高强高韧耐蚀Al-Zn-Mg- (Cu)合 金领域。
技术介绍
通过微合金化形成微细共格弥散相，有效地抑制再结晶和晶粒长大、保 持变形回复组织，是同时提高高强、超强铝合金强度和应力腐蚀抗力的途径。 早期，通过加入微量Cr、 Mn形成非共格铝化物弥散相。后改为加入Zr，形成 亚稳Ll2型Al3Zr共格弥散相，这样提高了抑制再结晶的抗力，改善了应力腐蚀 抗力，但亚稳Ll2型Al3Zr在高温长时均匀化和固溶处理中会转变为非共格的稳 定D023型AbZr弥散相，因此，抑制再结晶的作用会随之降低。加入微合金化 元素Sc是目前抑制再结晶效果最好的办法，它可以形成与基体共格的微细 Al3Sc弥散相粒子，在提高强度的同时能改善合金的韧性和抗应力腐蚀性能； 也可以用Zr代替部分Sc，形成Al3 (Zr,Sc)相，效果更为显著。但由于Sc的价 格昂贵，目前市面价格约为4万元人民币/千克，因此，难以实际用于工业铝 合金的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是在铝合金中加入价格便宜的微合金化元素，代替Sc，对 Al3Zr进行合金化，以形成新型高效的多元共格弥散相。通过在Al-Zn-Mg-(Cu) 合金中，在添加Zr的同时，添加适量的Cr替代Al3Zr中的部分A1，或复合添 加Cr与稀土元素(Er、 Yb)，取代Al3Zr中的部分Al及Zr，调整Al3Zr的晶 格类型和参数，使稳定0023或亚稳Lh型结构Al3Zr转变为稳定的Ll2结构 (Al， Cr) 3 (Zr， Re) (R『Er或Yb)，有效抑制再结晶，保持形变回复组 织，提高Al-Zn-Mg- (Cu)合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。本专利技术的详细技术方案为 一种高强高韧耐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金，包括 主合金元素Al、 Zn、 Mg或Al、 Zn、 Mg、 Cu，还加入总含量占合金质量百 分比为0.1~1.2%的微合金元素Zr和Cr。本专利技术中，除加入微合金元素Zr和Cr外，还可加入稀土元素Er或Yb， 具体的包括几种组合Zr-Cr、 Zr-Cr-Er、 Zr-Cr-Yb;加入量占合金质量百分比 的0.卜1.2%。如权利要求1或2所述的合金，其特征在于Zn、 Mg、 Cu的含量为 Zn: 3.5 9.2wt%; Mg: 1.0~2.9wt%; Cu: 0~2.2wt%。如权利要求1或2所述的合金，其特征在于Zr和Cr的含量为Zr: 0.05 0.2wto/o; Cr: 0.05~0.3wt0/0。如权利要求2所述的合金，其特征在于Er或Yb的含量为Er: 0.05 0.5wto/o; Yb: 0.05~0.4wt0/o。本专利技术在Al-Zn-Mg- (Cu)合金中添加Zr的同时，复合添加Cr和稀土元 素(Er或Yb)，分别部分替代Al3Zr中的Al和Zr，调整Al3Zr的晶格类型和 参数，使稳定D023或亚稳Ll2型结构Al3Zr转变为稳定的Ll2结构(Al， Cr) 3 (Zr， Re) (Re= Er或Yb)，有效抑制再结晶，保持形变回复组织，提高 Al-Zn-Mg- (Cu)合金峰值时效态和三级时效态的强度、断裂韧性和应力腐蚀 抗力。且Zr、 Cr等微合金和稀土金属Er或Yb价格相对便宜，适于工业化生 产。Al-Zn-Mg- (Cu)合金目前广泛用于航天航空、车辆、建筑等领域，因此， 采用本专利技术可开发出一系列含Zr和Cr，或含Zr和Cr和稀土元素(Er或Yb) 的高强高韧耐蚀Al-Zn-Mg- (Cu)合金，且可应用到各个领域。附图说明图1: T6时效态下3.5MNaCl水溶液中对比例1、实施例1 3的合金裂纹 扩展速率v-应力强度因子曲线图2: T6时效态下3.5。/。NaCl水溶液中对比例2、实施例4 6的合金裂纹 扩展速率v-应力强度因子曲线图3: T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例3、实施例7~9的合金裂纹 扩展速率v-应力强度因子曲线图4: T6时效态下3.5。/。NaCl水溶液中对比例4、实施例7 9的合金裂纹 扩展速率v-应力强度因子曲线图5: T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例5、实施例0~11的合金裂 纹扩展速率v-应力强度因子曲线图6: T77时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例6、实施例12的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图。对比例4; 实施例7; 实施例8; 实施例9; 对比例5; 实施例10; 实施例11; 对比例6; 实施例12。具体实施例方式对比例1:采用铸锭冶金法制备Al-8.6%Zn-2.5%Mg-2.2%Cu-0.08%Zr (wt%)合金。所用原料为高纯铝(纯度为99.99%)、工业纯Mg (纯度为99.9 o%)、工业纯Zn (纯度为99.9%)、 Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金。首先将 高纯铝加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780。C，高纯 铝熔化后，加入A1-Cu、 Al-Zr中间合金，降至76(TC，加入工业纯Zn，熔化 并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg，除去表面渣后，加入0.2% ().4%的六氯 乙烷(C2C16)精炼剂排渣除气，静置10 15分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例2:制备Al-8.6%Zn-2.5%Mg-1.0%Cu-0.16%Zr (wt%)合金。制备 方法如对比例1所述。对比例3:制备Al-9.2%Zn-2.9%Mg-2.2%Cu-0.16%Zr (wt%)合金。制备 方法如对比例1所述。对比例4:制备Al-9.2%Zn-2.9%Mg-2.2%Cu-0.16%Zr-0.25%Sc (wt%)合 金。所用原料为高纯铝(纯度为99.99%)、工业纯Mg (纯度为99.9%)、工 业纯Zn (纯度为99.9%)、 Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金。 首先将高纯铝加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为780°C， 高纯铝熔化后，加入A1-Cu、 Al-Zr、 Al-Sc中间合金，降至760°C ，加入工业 纯Zn，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg，除去表面渣后，加入0.2% 0.4%的六氯乙垸(C2C16)精炼剂排渣除气，静置10 15分钟，浇入铁模中，冷却后脱模。对比例5:制备Al-4.0%Zn-1.8%Mg-0.2%Zr (wt%)合金。所用原料为高 纯铝(纯度为99.99%)、工业纯Mg(纯度为99.9X)、工业纯Zn (纯度为99.9 %)、 Al-Zr中间合金。首先将高纯铝加入到石墨粘土坩埚，在电阻坩埚炉中 熔炼，熔炼温度为78(TC，高纯铝熔化后，加入A1-Zr中间合金，降至76(TC， 加入工业纯Zn，熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg，除去表面渣后，加 入0.2% 0.4%的六氯乙烷(C2C16)精炼剂排渣除气，静置10 15分钟，浇 入铁模中，冷却后脱模。对比例6:制备Al-8.6%Zn-2.5%Mg-2.2%Cu-0.16%Zr (wt%)合金。所用 原料为高纯铝(纯度为99.99%)、工业纯Mg(纯度为99.9X)、工业纯Zn(纯 度为99.9%)、 Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金。首先将高纯铝加入到石墨粘 土坩埚，在电阻坩埚炉中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强高韧耐蚀Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ）合金，包括主合金元素Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ或Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ，其特征在于：还包括微合金元素Ｚｒ和Ｃｒ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈康华，方华婵，张茁，祝昌军，黄兰萍，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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