一种掺杂Sc的7085铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了在7085超硬铝合金中掺杂稀土Sc以增强其性能方法。具体为一种掺杂Sc的7085铝合金及其制备方法。本发明专利技术具体成分及其质量百分比为：Sc0.1～0.4％，Zn7.0～8.0％，Mg1.2～1.6％，Cu1.3～2.0％，Zr0～0.12％，Cr0～0.04％，Si0～0.04％，Mn0～0.04％，Fe0～0.04％，Al余量。所述制备方法将各元素的重量百分比配好，经粗熔炼、铸预制坯、重熔精炼、浇模，热轧成铝合金板材，经热处理后得到性能较好的铝合金板材。本发明专利技术制备的含稀土超高强7085铝合金由于添加了稀土元素Sc，达到了细化晶粒的作用，通过合适的热处理工艺，显著提高铝合金的抗拉强度、延伸率。

A Sc-doped 7085 aluminium alloy and its preparation method

The invention discloses a method for doping rare earth Sc in 7085 superhard aluminium alloy to enhance its performance. The invention is specifically a Sc-doped 7085 aluminium alloy and a preparation method thereof. The specific composition and mass percentage of the invention are Sc 0.1-0.4%, Zn 7.0-8.0%, Mg 1.2-1.6%, Cu 1.3-2.0%, Zr0-0.12%, Cr0-0.04%, Si0-0.04%, Mn0-0.04%, Fe0-0.04% and Al remainder. The preparation method matches the weight percentages of each element, and after rough melting, casting prefabricated slab, remelting refining, casting, hot rolling into aluminium alloy sheet, the aluminium alloy sheet with better performance is obtained after heat treatment. The ultra-high strength 7085 aluminum alloy containing rare earth prepared by the invention has the effect of grain refinement by adding rare earth element Sc. The tensile strength and elongation of the aluminum alloy are significantly improved by appropriate heat treatment process.

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂Sc的7085铝合金及其制备方法
本专利技术属于铝合金及其制备领域，具体涉及一种掺杂Sc的7085铝合金及其制备方法。
技术介绍
7085铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，具有高强度、低密度、高比模量等优点，被广泛应用于航空、国防和民用工业等领域。随着现代化工业的迅猛发展，尤其是航空航天、武器装备、新能源等尖端领域的跨越发展，对材料综合性能的要求越来越高。7085铝合金主要用于波音787飞机和空客A380飞机的翼梁、翼肋和起落架等重承力结构件，要求其必须具有优异的力学性能。因此，对于低Cu高Zn的7085铝合金来说，如何通过添加稀土元素、优化变形与热处理工艺、提高合金的力学性能是实际应用中需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用稀土元素Sc，通过添加合适的量到7085铝合金中，改善合金的组织结构和力学性能。为了实现上述目的，本专利技术将通过以下技术方案：一种稀土Sc元素增强7085铝合金按质量百分比包括以下步骤：Sc0.1-0.4％，Zn7.0-8.0％，Mg1.2-1.8％，Cu1.3-2.0％，Zr0.08-0.15％，Cr0～0.04％，Si0～0.06％，Mn0～0.04％，Fe0～0.08％，Al余量。优选Sc0.1～0.4％，Zn7.5％，Mg1,6％，Cu2.0％，Zr0.12％，Cr0.04％，Si0.04％，Mn0.04％，Fe0.04％，Al余量。所述的7085铝合金中Zr、Fe、Cr以粉末的形式加入，Si、Mn以Al-20Si、Al-15Mn的形式加入，Mg、Zn以镁锭、锌锭的形式加入，控制杂质Si、Fe小于0.1％，其他杂质小于0.3％。所述的稀土Sc元素增强7085铝合金性能的制备方法，其特征在于包括以下步骤:粗炼：将预先切好的纯铝锭放入中频感应炉中，将炉中的纯铝锭完全熔化后，将炉温升至800℃，机械搅拌后加入铜屑并静置15min，随后打开炉盖搅拌并加入锌锭、静置15min，随后按顺序加入Al-15Mn、Al-20Si、Fe粉、Zr粉、Cr粉，待全部合金元素熔化后，打开炉盖搅拌，静置10min；待炉温降至760℃～780℃，将预先准备好的镁锭加入炉中，等其熔化后进行充分搅拌，静置10min；加入六氯乙烷除杂剂，扒渣，静置5-10min，将铝合金溶液倒入坩埚中，冷却至室温得到粗炼坯。精炼：将坩埚置于小型熔炼炉中预热500℃保温30min，然后将粗炼坯置于坩埚中并升温至750℃，将预先准备好的Al-3Sc中间合金进行预热，温度为240℃，待预制的粗炼坯熔化后，加入Al-3Sc中间合金使得Sc在合金中的总含量达到0.1～0.4％，充分搅拌后加入六氯乙烷除杂剂进行精炼处理，扒渣，静置5-10min，待温度降至720℃～730℃，将合金溶液浇入金属模具成铸坯。将合金溶液浇入铸模(预热250℃)成铸坯。热处理：将铸坯均匀化处理后进行热轧变形，最后进行固溶时效处理。步骤⑴中铜屑、锌锭、镁锭均事先置于干燥箱中于70℃干燥1h。步骤⑵中所述金属模具的预热温度为200～250℃。步骤⑶中所述的均匀化工艺为450～470℃，保温20～24h。步骤⑶中所述的热轧温度为430～450℃变形量为60～80％，每道次下压量为1.5～2mm。步骤⑶中所述的固溶时效处理的固溶温度为470～480℃，固溶时间为2～3h；时效温度为120～140℃，时效时间为20～24h。本专利技术通过在7085铝合金中添加稀土Sc元素可以达到细化晶粒、提高综合力学性能的效果。添加的微量元素Sc的添加形成了Al3Sc相，通过热处理Al3Sc相对位错和亚晶界有强烈针扎作用，可以稳定变形组织的亚结构，阻碍合金的再结晶。本专利技术制备工艺简单易操作，原料成本低，可广泛用于大规模生产，且由本专利技术的方法和工艺能够有效地提高合金的综合性能。附图说明图1为7085铝合金微观组织照片。图2为本专利技术实施例1所制备合金的微观组织。图3为本专利技术实施例2所制备合金的微观组织。图4为本专利技术实施例3所制备合金的微观组织。图5为本专利技术实施例4所制备合金的微观组织。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明：对比例7085铝合金制备7085铝合金按照以下质量份准备原料Zn：8.0％、Mg：1.8％、Cu：2.0％、Zr：0.15％、Mn：0.04％、Si：0.06％、Fe：0.08％、Cr：0.04％、余量为Al。将预先切好的纯铝锭放入中频感应炉中，将炉中的纯铝锭完全熔化后，将炉温升至800℃，机械搅拌后加入铜屑并静置15min，随后打开炉盖搅拌并加入锌锭、静置15min，随后按顺序加入Al-15Mn、Al-20Si、Fe粉、Zr粉、Cr粉，待全部合金元素熔化后，打开炉盖搅拌，静置10min；待炉温降至780℃，将预先准备好的镁锭加入炉中，等其熔化后进行充分搅拌，静置10min；加入六氯乙烷除杂剂，扒渣，静置10min，将铝合金溶液倒入坩埚中，冷却至室温得到粗炼坯；将坩埚置于小型熔炼炉中预热500℃保温30min，然后将粗炼坯置于坩埚中并升温至750℃，将预先准备好的Al-3Sc中间合金进行预热，温度为240℃，待预制的粗炼坯熔化后，加入六氯乙烷除杂剂进行精炼处理，扒渣，静置10min，待温度降至730℃，将合金溶液浇入金属模具成铸坯。将合金溶液浇入铸模(预热250℃)成铸坯；将铸坯均匀化处理，均匀化时间为465℃，保温24h，将均匀化处理后的7085铝合金进行热轧制，热轧温度为430℃变形量为80％，每道次下压量为2mm，每道次保温时间为10min；随后进行固溶处理时效处理，固溶时效处理的固溶温度为480℃，固溶时间为3h；时效温度为120℃，时效时间为24h。采用上述方法制得的厚度为2mm的拉伸样，在室温下测其力学性能：抗拉强度587MPa，延伸率为11％。实施例1Sc掺杂的7085铝合金按照以下质量份准备原料Sc：0.1％、Zn：8.0％、Mg：1.8％、Cu：2.0％、Zr：0.15％、Mn：0.04％、Si：0.06％、Fe：0.08％、Cr：0.04％、余量为Al。将预先切好的纯铝锭放入中频感应炉中，将炉中的纯铝锭完全熔化后，将炉温升至800℃，机械搅拌后加入铜屑并静置15min，随后打开炉盖搅拌并加入锌锭、静置15min，随后按顺序加入Al-15Mn、Al-20Si、Fe粉、Zr粉、Cr粉，待全部合金元素熔化后，打开炉盖搅拌，静置10min；待炉温降至760℃，将预先准备好的镁锭加入炉中，等其熔化后进行充分搅拌，静置10min；加入六氯乙烷除杂剂，扒渣，静置5min，将铝合金溶液倒入坩埚中，冷却至室温得到粗炼坯；将坩埚置于小型熔炼炉中预热500℃保温30min，然后将粗炼坯置于坩埚中并升温至750℃，将预先准备好的Al-3Sc中间合金进行预热，温度为240℃，待预制的粗炼坯熔化后，加入Al-3Sc中间合金使得Sc在合金中的总含量达到0.1％，充分搅拌后加入六氯乙烷除杂剂进行精炼处理，扒渣，静置5min，待温度降至720℃，将合金溶液浇入金属模具成铸坯。将合金溶液浇入铸模(预热250℃)成铸坯；将铸坯均匀化处理，均匀化时间为465℃，保温24h，将均匀化处理后的Sc掺杂7085铝合金进行热轧制，热轧温度为430℃变形量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂Sc的7085铝合金，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：Sc0.1‑0.4％，Zn7.0‑8.0％，Mg1.2‑1.8％，Cu1.3‑2.0％，Zr0.08‑0.15％，Cr0～0.04％，Si0～0.06％，Mn0～0.04％，Fe0～0.08％，Al余量。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂Sc的7085铝合金，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：Sc0.1-0.4％，Zn7.0-8.0％，Mg1.2-1.8％，Cu1.3-2.0％，Zr0.08-0.15％，Cr0～0.04％，Si0～0.06％，Mn0～0.04％，Fe0～0.08％，Al余量。2.一种权利要求1所述的掺杂Sc的7085铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，⑴粗炼：将纯铝锭放入感应炉中，待纯铝锭完全熔化后，将炉温升至750-800℃，搅拌后加入铜并静置，后搅拌并加入锌锭后静置，随后按顺序加入Al-15Mn(15％Mn)中间合金、Al-20Si(20wt.％Si)中间合金、Fe粉、Zr粉、Cr粉，待全部合金元素熔化后，打开炉盖搅拌后静置；待炉温降至760℃～780℃，将镁加入炉中，搅拌后静置；加入六氯乙烷除杂剂，扒渣，静置5-10min，冷却得到粗炼坯；⑵精炼：将粗炼坯置于熔炼炉中在450-500℃下预热，然后将粗炼坯升温至750-800℃，将准备好的Al-3Sc中间合金进行预热干燥，温度为200～240...

【专利技术属性】
技术研发人员：周东帅，姚晓洪，卢雅琳，王健，李兴成，王江涛，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32