一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中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了一种Al‑Zn‑Mg‑Cr‑Mn‑Zr‑Er合金板材制备方法，所述合金成分为：Zn3.0～4.0％，Mg1～2％，Mn0.2～0.4％，Cr0.1～0.3％，Zr0.1～0.3％，Er0.1～0.3％，Si0.1～0.5％，Cu

A kind of Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er medium strength and high toughness aluminium alloy sheet and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材及其制备方法
本专利技术属于铝合金板材制备，属于轻金属材料制备加工
，尤其涉及一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材及其制备方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：7系铝合金主要是以Zn为主加合金元素，根据该合金的使用性能要求，还需要添加适量的Cu、Mg，因此所谓的7系铝合金主要是Al-Zn-Mg-Cu合金。目前，因7系铝合金密度低，强度高，易加工成型等优点，已经被广泛用于交通运输和航空航天领域。随着世界对能源与环境高标准要求，为实现节能环保，铝合金因其密度低的优点更是尽可能多的应用于飞机、轮船、高铁的零部件上，同时随着高铁、轮船的提速以及对安全要求的提高，开发综合力学性能优良的铝合金成为研究的重点。一直以来，提高合金的韧性及腐蚀性往往是牺牲铝合金强度为代价的，而要实现铝合金优良的综合力学性能，需要进一步完善合金成分设计、添加微量合金元素，在保证强度基本不变的情况下，提高韧性及耐腐蚀性，提高合金的使用寿命，变相降低成本。尤其应用在高铁上，因此需要开发一种中强高韧高耐蚀的铝合金板材，抗拉强度超过350MPa，屈服强度超过300MPa，伸长率超过15％，满足因高铁提速需要的综合力学性能优良的铝合金板材。同时在铝合金板材生产过程中，还需要进行去应力退火、均匀化退火、机械加工等工艺，有必要对制备方法进行改进，提高生产效率，节约能源，提高生产效率，节约能源。综上所述，现有技术存在的问题是：铝合金成分需要继续优化，中强高韧铝合金需要进一步优化合金成分，开发无Cu，低Zn的中强高韧7系铝合金品种，添加微量稀土及过渡族元素，控制微合金元素比例，获得高性能的中强高韧7系铝合金板材。合金生产工艺复杂，生产效率相对较低，尤其是均匀化热处理，耗时长，因此，需要在优化合金元素基础上，继续探讨制备工艺，优化热处理制度，提高生产效率，实现节能环保。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材及其制备方法。本专利技术是这样实现的，一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材，其合金成分按重量百分比由以下几个成分组成：Zn2.5～3.5％，Mg1～2％，Mn0.2～0.4％，Cr0.1～0.3％，Zr0.1～0.3％，Er0.1～0.3％，Si0.1～0.5％，Cu<0.01％，余量为Al和其他杂质，单个杂质含量不超过0.1％。进一步的，上述合金采用的元素要求为纯Al(99.85％)，纯Zn(99.9％)，纯Mg(99.9％)，其他为中间合金的形式加入。进一步的，按照合金成分重量百分比进行配料。进一步的，合金进行熔炼与铸造，将纯铝和所有中间合金一起熔炼，熔炼温度为760℃～790℃，熔炼时添加覆盖剂，覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照1：1比例制备，待原材料全部熔化后，采用氩气旋转喷吹精炼，轮子转速为300～400rpm，氩气流量为100～150slpm，精炼时间为10～20min。精炼结束后，待温度降至720～740℃，加入纯锌和纯镁，纯镁按照3～5％的比例计算烧损。待纯锌和纯镁完全熔化后，开始浇注，浇注温度为700～720℃，最后铸成直径为300～500mm的铝合金圆柱锭。进一步的，将熔铸的铝合金铸锭在220～300℃温度下进行去应力退火，保温时间为2～6h。进一步的，将去应力退火后的铝合金铸锭进行机械加工，包括锯头，切削圆周表面，切削量为1～2mm。进一步的，将机械加工后的铝合金铸锭加热至440～460℃，保温3h，加热速率为20～40℃/h。进一步的，将加热保温后的铝合金铸锭在挤压机上进行铝合金板材制备，挤压比≥16，板材厚度为6～10mm，挤压模具加热至430～450℃，挤出速率为2～6m/min。进一步的，将制备的铝合金板材加热至460～475℃进行固溶处理，保温时间为30～120min。进一步的，将固溶处理后的铝合金板材快速放入常温水中淬火处理，转移时间≤15s。进一步的，将淬火后的铝合金板材沿挤压方向预拉伸，拉伸变形量为2～5％。进一步的，将预拉伸后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为110～150℃，保温时间为16～24h。通过上述步骤，制备的铝合金板材抗拉强度为350～400MPa，屈服强度为300～350MPa，伸长率≥15％，ISSRT<0.03。按重量百分比Zn2.5～3.5％，Mg1～2％，Mn0.2～0.4％，Cr0.1～0.3％，Zr0.1～0.3％，Er0.1～0.3％，Si0.1～0.5％，Cu<0.01％，余量为Al。进一步，低Zn，无Cu。进一步，Er/Zr比＝1。进一步，采用的元素要求为Al99.85％，纯Zn99.9％，Mg99.9％，其他为中间合金的形式加入。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：在传统7N01铝合金的基础上，降低了Zn元素含量，调控Zn/Mg比和Mg/Si比，将杂质Si元素变为有益元素，通过后续热处理起到时效强化的效果。同时，合金元素的重新设计，有利于提高后续机械加工后的综合性能。复合添加Zr和Er，控制添加比例为1：1，使合金晶粒得到细化，起到细晶强化和弥散强化的效果，提高合金综合力学性能。本专利技术不需要均匀化处理，通过控制加热速率，直接升温后挤压的工艺，可避免均匀化耗时长，耗能高，实现提高生产效率，节能增效的效果。挤压成型的板材不需要冷却到室温，直接升温至470℃保温后水冷完成淬火，节省冷却过程所耗时间，提高生产效率。制备出综合力学性能优良的中强高韧耐蚀铝合金板材，能够应用在高铁等交通运输领域。附图说明图1是本专利技术实施例提供的实施案例一显微组织图。图2是本专利技术实施例提供的实施案例二显微组织图。图3是本专利技术实施例提供的实施案例三显微组织图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。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。本专利技术的目的是在7N01合金的基础上，调整主加合金元素，添加微量稀土及过渡族元素，提高合金的综合性能，并提供一种制备方法，实现铝合金中强高韧耐蚀的优良性能。本专利技术实施例提供的Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材按重量百分比Zn2.5～3.5％，Mg1～2％，Mn0.2～0.4％，Cr0.1～0.3％，Zr0.1～0.3％，Er0.1～0.3％，Si0.1～0.5％，Cu<0.01％，余量为Al。低Zn，无Cu。Er/Zr比＝1。采用的元素要求为Al99.85％，纯Zn99.9％，Mg99.9％，其他为中间合金的形式加入。本专利技术实施例提供的Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材的制备方法包括以下步骤：进行配料、熔铸、去应力退火、机械加工、加热、挤压、淬火、拉伸矫直、时效。将纯铝和所有中间合金一起熔炼，熔炼温度为760℃～790℃，熔炼时添加覆盖剂，覆盖剂为氯化钠和氯化钾按照1：1比例制备，完全熔化后精炼除气，待温度降至730℃以下时，加入纯锌和纯镁，纯镁按照3～5％烧损量计算，熔铸成300mm～500mm的铝合金圆柱锭.铝合金圆柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al‑Zn‑Mg‑Cr‑Mn‑Zr‑Er中强高韧铝合金板材，其特征在于，按重量百分比Zn2.5～3.5％，Mg1～2％，Mn0.2～0.4％，Cr0.1～0.3％，Zr0.1～0.3％，Er0.1～0.3％，Si0.1～0.5％，Cu<0.01％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材，其特征在于，按重量百分比Zn2.5～3.5％，Mg1～2％，Mn0.2～0.4％，Cr0.1～0.3％，Zr0.1～0.3％，Er0.1～0.3％，Si0.1～0.5％，Cu<0.01％，余量为Al。2.如权利要求1所述的中强高韧铝合金板材，其特征在于，低Zn，无Cu。3.如权利要求1所述的中强高韧铝合金板材，其特征在于，Er/Zr比＝1。4.如权利要求1所述的中强高韧铝合金板材，其特征在于，采用的元素要求为Al99.85％，纯Zn99.9％，Mg99.9％，其他为中间合金的形式加入。5.一种如权利要求1所述Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材的制备方法包括以下步骤：进行配料、熔铸、去应力退火、机械加工、加热、挤压、淬火、拉伸矫直、时效。6.如权利要求5所述的Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材的制备方法，其特征在于，将纯铝和所有中间合金一起...

【专利技术属性】
技术研发人员：房洪杰，初晋华，史春丽，李民，孔德斌，朱鹏程，张涵源，张彦芝，程雪婷，
申请(专利权)人：烟台南山学院，
类型：发明
国别省市：山东,37