一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金及其制备方法技术

一种含Ta的耐应力腐蚀Al‑Zn‑Mg‑(Cu)合金及其制备方法，所述合金包含主合金化元素Al‑Zn‑Mg或Al‑Zn‑Mg‑Cu，微合金化元素Zr，Ta，Fe，Si；且微合金化元素的质量配比满足：0.1Zr≤Ta≤0.5Zr，0.1Zr≤Si≤0.3Zr且0.7≤Fe/Si≤1.5；其制备方法采用铸锭冶金法制备所述合金后，对合金进行均匀化处理、变形处理、固溶水淬后进行人工时效。本发明专利技术采用多元微合金化手段，严格控制多元微合金化元素之间的匹配，形成多元共格弥散相，完全抑制再结晶，利用微合金化元素提高铝合金钝化膜耐蚀作用，实现高强度与良好的耐腐蚀性能的结合，克服现有Al‑Zn‑Mg‑Cu超强铝合金强度与耐腐蚀性不能兼顾的问题。本发明专利技术工艺简单，适于工业化生产。

A Stress Corrosion Resistant Al-Zn-Mg-(Cu) Alloy Containing Ta and Its Preparation Method

A stress corrosion resistant Al Zn Mg (Cu) alloy containing Ta and its preparation method comprise the main alloying elements Al Zn Mg or Al Zn Mg Cu, the microalloying elements Zr, Ta, Fe and Si, and the mass ratio of the microalloying elements meets the following requirements: 0.1Zr Ta 0.5Zr, 0.1Zr Si 0.3;Zr and 0.7 Fe/Si 1.5. The alloys were homogenized, deformed and aged artificially after solution and water quenching. The invention adopts multi-element microalloying method, strictly controls the matching of multi-element microalloying elements, forms multi-element coherent dispersion phase, completely inhibits recrystallization, uses micro-alloying elements to improve the corrosion resistance of aluminum alloy passivation film, realizes the combination of high strength and good corrosion resistance, and overcomes the incompatibility between strength and corrosion resistance of existing Al_Zn_Mg_Cu super aluminum alloy. Problem. The invention has simple process and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金及其制备方法
本专利技术涉及金属合金微合金化与热处理方法，特别是用于提高Al-Zn-Mg-(Cu)合金应力腐蚀抗力的方法；具体是指一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金及其制备方法。属于金属材料制备

技术介绍
Al-Zn-Mg-(Cu)超高强铝合金具有密度低、强度高、易加工等优点，是飞机、火箭、轨道交通以及武器装备的重要结构材料，在经济社会发展以及国防现代化建设中具有极其重要的作用。但是，高合金化的Al-Zn-Mg-(Cu)超高强铝合金导致高密度时效析出相在晶界聚集，沿晶腐蚀断裂特征显著，合金应力腐蚀抗力较差，是这类铝合金应用时普遍遇到的问题，制约合金潜力的发挥。为提高Al-Zn-Mg-(Cu)系高强铝合金的应力腐蚀抗力，人们相继发展了过时效、回归再时效、缓饱和再时效(T77)等多级时效热处理制度，以调控晶界析出相的形态和分布，使晶界析出相呈离散状分布，以缓解超强铝合金强度与耐蚀性之间上述尖锐矛盾。但仅通过Al-Zn-Mg-(Cu)系合金时效热处理制度的优化，高合金化的超强Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金的析出相仍会在晶界富集，沿晶腐蚀断裂特征仍较显著，解决合金强度性能与耐蚀性之间的矛盾有很大的局限性，耐蚀性仍是制约超强铝合金发展和应用的瓶颈。因此，为进一步提高超强Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金应力腐蚀抗力，需要探索降低铝合金时效析出相在晶界富集的程度或提高铝合金钝化膜耐蚀作用的途径，发展新的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种组分配比合理的含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金及其制备方法。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金，所述A1-Zn-Mg-(Cu)合金包含主合金化元素与微合金化元素，主合金化元素为Al-Zn-Mg或Al-Zn-Mg-Cu，微合金化元素包括Zr、Ta，Fe，Si；且微合金化元素质量配比满足：0.1Zr≤Ta≤0.5Zr，0.1Zr≤Si≤0.3Zr且0.7≤Fe/Si≤1.5。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金，包括下述组分，按质量百分比组成：本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，包括以下步骤：第一步：按设计的合金组分配比，分别取各组分，先将铝锭熔化后，将合金元素加入铝熔体；对熔体进行精炼除气、除渣后，浇注得到铸件；第二步：对铸件进行三级保温均匀化处理、热塑性变形处理、固溶-淬火处理、人工时效处理。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，第一步中Zr以Al-Zr合金进行备料，Ta以Al-Ta合金进行备料，Si以Al-Si合金进行备料，Al、Zn、Mg、Cu以高纯铝(纯度99.99％)、工业纯锌(纯度99.9％)、工业纯镁(纯度99.9％)、工业纯铜(纯度99.9％)备料。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，铸件中，各组分质量百分含量为：本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，铸件中，Zr、Ta，Fe，Si的质量配比满足：0.1Zr≤Ta≤0.5Zr，0.1Zr≤Si≤0.3Zr且0.7≤Fe/Si≤1.5。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，第二步中三级保温均匀化处理工艺参数为：铸件先在380～430℃的温度下保温6～10h后升温到450～468℃保温5～8h，最后升温到470～480℃保温20～40h，取出后空冷或炉冷。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，热塑性变形处理选自热挤压、热锻或热轧中的一种；热挤压工艺中挤压温度控制在430～450℃，挤压比控制在7～10之间；热轧工艺采用多道次大压下量非均温轧制工艺，轧制道次为5～9道次，平均道次压下率控制在15～22％，坯料在430～450℃恒温炉保温后取出短时空冷(5～10s)，使其表面温度冷却至360～380℃后进行轧制，累积变形量为70％～90％；热锻工艺采用六镦六拔工艺，长向、横向、纵向各两镦两拔，恒温锻造温度控制在430～450℃，每次镦粗与拔长变形量控制在50～60％。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，固溶-淬火处理工艺过程中，固溶选自单级固溶、双级固溶或三级固溶中的一种；固溶后水淬；单级固溶工艺参数为：470～485℃，保温时间2h；双级固溶处理工艺参数为：第一级固溶温度460～468℃，保温时间1h，第二级固溶温度470～485℃，保温时间1h；三级固然处理工艺参数为：第一级固溶温度450～458℃，保温时间0.5h，第二级固溶温度460～468℃，保温时间0.5h，第三级固溶温度470～485℃，保温时间1h。本专利技术一种含Ta的耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的制备方法，人工时效处理选自一级人工时效、二级人工时效或三级人工时效中的一种；一级人工时效工艺参数为：时效温度为100～120℃保温24～28h；二级人工时效工艺参数为：第一级时效温度为100～120℃保温6～24h，第二级时效温度为150～200℃保温6～20h；三级人工时效工艺参数为：第一级时效温度为100～120℃保温6～24h，第二级时效温度为150～200℃保温6～20h，第三级时效时效温度为100～120℃，保温6～24h。本专利技术采用添加Ta、Zr、Si多元微合金化手段，严格控制多元微合金化元素之间的匹配，形成多元共格弥散相，完全抑制再结晶，并利用微合金化元素提高铝合金钝化膜耐蚀作用，实现高强度与良好的耐腐蚀性能铝合金的制备，克服现有Al-Zn-Mg-Cu超强铝合金存在的强度与耐腐蚀性不能兼顾的问题。现有超强铝合金中一般添加微合金化元素Zr，铸锭凝固时固溶于Al基体，在后续热处理中形成Al3Zr弥散相，阻碍基体再结晶，提高沿晶断裂和腐蚀抗力。但Zr对铝合金钝化膜耐蚀性的提高作用不足；且添加量超过0.2％，铸锭凝固时形成粗大Al3Zr初晶相，对阻碍再结晶不起作用，对合金韧性不利，即Al3Zr弥散相的数量和作用受到限制。申请人研究表明，通过多元微合金化，形成多元共格弥散相完全抑制再结晶，钉扎亚晶界，成倍增加亚晶界数量，降低晶界(亚晶界)析出相富集使其在晶界处不连续分布，可抑制高合金化超强铝合金的沿晶断裂和腐蚀开裂，且亚晶界具有附加强化作用，可同步提高超强铝合金强度和耐蚀性；此外，添加特定的微合金元素还有提高铝合金钝化膜耐蚀性的作用。申请人研究发现，在添加微合金化元素Zr的基础上，复合添加少量的Ta、Si,使Si部分取代Al3Zr弥散相中的Al，Ta部分取代Al3Zr弥散相中的Zr，可形成尺度显著低于Al3Zr弥散相且数量成倍增加的细小均匀的(Al,Si)3(Zr,Ta)多元共格弥散相，有效钉扎晶界与亚晶界、完全抑制基体再结晶，显著提高合金的强度和耐蚀性能，其效果远远好于单独添加微合金化元素Zr形成的Al3Zr弥散相；且复合添加少量的Ta、Si,可显著提高超强铝合金钝化膜的阻抗及耐蚀性。同时发现，上述微量元素添加量太少，作用不能有效发挥即存在一定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐应力腐蚀A1‑Zn‑Mg合金，所述A1‑Zn‑Mg合金包含主合金化元素与微合金化元素，主合金化元素为Al‑Zn‑Mg或Al‑Zn‑Mg‑Cu，微合金化元素包括Zr，Ta，Fe，Si；且微合金化元素的质量配比满足：0.1Zr≤Ta≤0.5Zr，0.1Zr≤Si≤0.3Zr且0.7≤Fe/Si≤1.5。

【技术特征摘要】
1.一种耐应力腐蚀A1-Zn-Mg合金，所述A1-Zn-Mg合金包含主合金化元素与微合金化元素，主合金化元素为Al-Zn-Mg或Al-Zn-Mg-Cu，微合金化元素包括Zr，Ta，Fe，Si；且微合金化元素的质量配比满足：0.1Zr≤Ta≤0.5Zr，0.1Zr≤Si≤0.3Zr且0.7≤Fe/Si≤1.5。2.根据权利要求1所述的一种耐应力腐蚀A1-Zn-Mg合金，包括下述组分，按质量百分比组成：3.制备如权利要求2所述的一种耐应力腐蚀Al-Zn-Mg-(Cu)合金的方法，包括以下步骤：第一步：按设计的合金组分配比，分别取各组分，先将铝锭熔化后，将合金元素加入铝熔体；对熔体进行精炼除气、除渣后，浇注；第二步：对铸件进行三级保温均匀化处理、热塑性变形处理、固溶-淬火处理、人工时效处理。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：第一步中Zr以Al-Zr合金进行备料，Ta以Al-Ta合金进行备料，Si以Al-Si合金进行备料，Al、Zn、Mg、Cu以高纯铝(纯度99.99％)、工业纯锌(纯度99.9％)、工业纯镁(纯度99.9％)、工业纯铜(纯度99.9％)备料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：铸件中，各组分质量百分含量为：6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：铸件中，Zr、Ta，Fe，Si的质量配比满足：0.1Zr≤Ta≤0.5Zr，0.1Zr≤Si≤0.3Zr且0.7≤Fe/Si≤1.5。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：第二步中三级保温均匀化处理工艺参数为：铸件先在380～430℃的温度下保温6～10h后升温到450～468℃保温5～8h，最后升温到470～480℃保温20～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈康华，周亮，陈送义，李卫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43