一种超高强铝合金等温模锻件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强铝合金等温模锻件及其制备方法，所述制备方法步骤如下：A、熔铸：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，制备铸态Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr‑Ti‑Y合金；所述设定的各组成元素的质量百分含量为：5.8‑7.8％Zn、1.5‑2.2％Mg、1.6‑2.4％Cu、0.15‑0.3％Zr、0.04‑0.12％Ti、0.2‑0.45％Y，其余为Al；B、均匀化处理；C、等温模锻：将B步得到的经过均匀化处理的Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr‑Ti‑Y合金坯料进行等温模锻，模具预热温度为380‑450℃，模锻温度为380‑450℃，模锻速率为10×10

An ultra-high strength aluminum alloy isothermal die forging and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种超高强铝合金等温模锻件及其制备方法
本专利技术涉及一种超高强铝合金等温模锻件及其制备方法，尤其涉及超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金等温模锻件及其制备方法，属于铝合金制造领域。
技术介绍
铝合金是飞机和航天器轻量化的首选材料，铝合金工件因其低密度、高比强度和良好的耐腐蚀性能和加工性能，广泛应用于航空航天、交通运输和军工、民用生活等领域。其中Al-Zn-Mg-Cu系合金是一种可热处理强化的高强铝合金，制备的铝合金工件应用广泛。为了研发超高强度的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，最近几年来国内外的研究主要集中于该系合金的主元素的成分设计与优化、微合金化、探索新的制备技术和热处理工艺等方面。目前已取得了较好的研究成果，且已有较多报道表明该系合金通过微合金化及热处理工艺调整，其抗拉强度已达到了700MPa水平。然而，超高强的Al-Zn-Mg-Cu系合金仍有较大的提升空间，以期满足航空航天、国防军工等领域的更高的性能需求(如850MPa级别)。而且，很多精密铝合金工件形状复杂，对力学性能要求高，成型难度大，传统的成型方法，生产效率不高，材料利用率低，且变形不均匀，影响工件的整体力学性能功能，因此制备更高强度的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金工件(强度大于850MPa)是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种超高强铝合金等温模锻件及其制备方法，所制备的铝合金等温模锻件的强度可高达900MPa。本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案是一种超高强铝合金等温模锻件及其制备方法，所述制备方法步骤如下：A、熔铸：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，制备铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金；所述设定的各组成元素的质量百分含量为：5.8-7.8％Zn、1.5-2.2％Mg、1.6-2.4％Cu、0.15-0.3％Zr、0.04-0.12％Ti、0.2-0.45％Y，其余为Al；B、均匀化处理：对步骤A制备的铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行均匀化处理；C、等温模锻：将B步得到的经过均匀化处理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金坯料进行等温模锻，模具预热温度为380-450℃，模锻温度为380-450℃，模锻速率为10×10-5至10×10-2mm/s；D、固溶处理：将步骤C得到的经过等温模锻的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行固溶处理；E、时效处理：将步骤D得到的经过固溶处理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行时效处理。优选的，本专利技术制备方法所述步骤A制备铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金的具体方法是：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，将电阻炉升温至480-510℃后加入纯铝；待纯Al热透后，将电阻炉升温至720-750℃，将纯Al全部熔化；将熔体降温至680-710℃，加入Al-Cu中间合金；待Al-Cu中间合金熔化后，将熔体温度升至730-750℃，加入Al-Zr、Al-Ti中间合金，搅拌熔体3-5min；待Al-Zr、Al-Ti中间合金熔化后，将熔体温度降至710-725℃，加入Al-Y中间合金；当温度降至690-710℃时，加入纯Zn、Mg；随后将熔体温度升至720-740℃，搅拌5-10min；然后扒掉表面的浮渣，静置10-20min；当熔体温度降至710-730℃浇注，即得到铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金。优选的，本专利技术制备方法所述步骤B均匀化处理为双级均匀化处理，其具体操作是在380-420℃保温8-20h，随后加热至450-480℃保温10-30h，随炉冷却；所述步骤D固溶处理为双级固溶处理，其具体操作是在430-458℃保温1-4h，随后继续升温至460-490℃保温1-4h，室温水淬；所述步骤E时效处理的时效处理温度为110-150℃，时效处理时间为20-30h。优选的，本专利技术制备方法所述设定的各组成元素的质量百分含量为：5.92-6.47％Zn、1.59-1.75％Mg、1.89-1.90％Cu、0.21-0.28％Zr、0.06-0.09％Ti、0.22-0.32％Y，其余为Al。更为优选的，本专利技术制备方法所述步骤B均匀化处理为双级均匀化处理，其具体操作是在380-420℃保温8-20h，随后加热至450-480℃保温10-30h，随炉冷却；所述步骤D固溶处理为双级固溶处理，其具体操作是在430-458℃保温1-4h，随后继续升温至460-490℃保温1-4h，室温水淬；所述步骤E时效处理为多级时效处理，其具体操作是在110-150℃时效20-30h，然后升温至170-200℃保温20-60min，然后降温至110-150℃时效20-30h。进一步优选的，本专利技术制备方法所述步骤C等温模锻的模具预热温度为420℃，模锻温度为420℃，模锻速率为10×10-4mm/s。再进一步优选的，本专利技术制备方法所述步骤B均匀化处理为双级均匀化处理，其具体操作是在400℃保温12h，随后加热至465℃保温24h，随炉冷却；所述步骤D固溶处理为双级固溶处理，其具体操作是在450℃保温1.5h，随后继续升温至470℃保温2h，室温水淬；所述步骤E时效处理为多级时效处理，其具体操作是在120℃时效24h，然后升温至190℃保温30min，然后降温至120℃时效24h。优选的，本专利技术制备方法所述设定的各组成元素的质量百分含量为：6.47％Zn、1.7％Mg、1.9％Cu、0.24％Zr、0.07％Ti、0.27％Y，其余为Al。更为优选的，本专利技术制备方法所述步骤A制备铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金的具体方法是：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，将电阻炉升温至500℃后加入纯铝；待纯Al热透后，将电阻炉升温至740℃，将纯Al全部熔化；将熔体降温至700℃，加入Al-Cu中间合金；待Al-Cu中间合金熔化后，将熔体温度升至740℃，加入Al-Zr、Al-Ti中间合金，搅拌熔体3-5min；待Al-Zr、Al-Ti中间合金熔化后，将熔体温度降至720℃，加入Al-Y中间合金；当温度降至705℃时，加入纯Zn、Mg；随后将熔体温度升至730℃，搅拌5-10min；然后扒掉表面的浮渣，静置10-20min；当熔体温度降至720℃浇注，即得铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金。本专利技术的原理及有益效果：面对现有技术中存在的问题，申请人经过大量理论研究分析、EGO算法(全局性优化算法)及大量实验，通过等温模锻法获得了强度高于800MPa的超高强铝合金工件。下面通过表征和理论分析推测其具备如此高强度的原因：一、多元第二相强化通过本专利技术的合金成分及等温模锻制备工艺，使得制备的铝合金微观组织中存在的多种类第二相，包括：MgZn2、Al3Zr、Al20Ti2Y、Al8Cu4Y、Al3(Zr,Ti)等相，尤其起主导作用的是Al8Cu4Y和MgZn2相。合金中Al8Cu4Y相主要呈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强铝合金等温模锻件的制备方法，其步骤如下：/nA、熔铸：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，制备铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金；所述设定的各组成元素的质量百分含量为：5.8-7.8％Zn、1.5-2.2％Mg、1.6-2.4％Cu、0.15-0.3％Zr、0.04-0.12％Ti、0.2-0.45％Y，其余为Al；/nB、均匀化处理：对步骤A制备的铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行均匀化处理；/nC、等温模锻：将B步得到的经过均匀化处理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金坯料进行等温模锻，模具预热温度为380-450℃，模锻温度为380-450℃，模段速率为10×10

【技术特征摘要】
1.一种超高强铝合金等温模锻件的制备方法，其步骤如下：
A、熔铸：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，制备铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金；所述设定的各组成元素的质量百分含量为：5.8-7.8％Zn、1.5-2.2％Mg、1.6-2.4％Cu、0.15-0.3％Zr、0.04-0.12％Ti、0.2-0.45％Y，其余为Al；
B、均匀化处理：对步骤A制备的铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行均匀化处理；
C、等温模锻：将B步得到的经过均匀化处理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金坯料进行等温模锻，模具预热温度为380-450℃，模锻温度为380-450℃，模段速率为10×10-5至10×10-2mm/s；
D、固溶处理：将步骤C得到的经过等温模锻的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行固溶处理；
E、时效处理：将步骤D得到的经过固溶处理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金进行时效处理。


2.根据权利要求1所述的超高强铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于：所述步骤A制备铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金的具体方法是：按照设定的各组成元素的质量百分含量配比，将电阻炉升温至480-510℃后加入纯铝；待纯Al热透后，将电阻炉升温至720-750℃，将纯Al全部熔化；将熔体降温至680-710℃，加入Al-Cu中间合金；待Al-Cu中间合金熔化后，将熔体温度升至730-750℃，加入Al-Zr、Al-Ti中间合金，搅拌熔体熔体3-5min；待Al-Zr、Al-Ti中间合金熔化后，将熔体温度降至710-725℃，加入Al-Y中间合金；当温度降至690-710℃时，加入纯Zn、Mg；随后将熔体温度升至720-740℃，搅拌5-10min；然后扒掉表面的浮渣，静置10-20min；当熔体温度降至710-730℃浇注，即得到铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Y合金。


3.根据权利要求1或2任一所述的超高强铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于：
所述步骤B均匀化处理为双级均匀化处理，其具体操作是在380-420℃保温8-20h，随后加热至450-480℃保温10-30h，随炉冷却；
所述步骤D固溶处理为双级固溶处理，其具体操作是在430-458℃保温1-4h，随后继续升温至460-490℃保温1-4h，室温水淬；
所述步骤E时效处理的时效处理温度为110-150℃，时效处理时间为20-30h。


4.根据权利要求1所述的超高强铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于：所述设定的各组成元素的质量百分含量为：5.92-6.47％Zn、1.59-1.75％Mg、1.89-1.90％Cu、0.21-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张英波，李家衡，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51