一种高强高韧铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强高韧铝合金及其制备方法，所述高强高韧铝合金的成分组成为：Si2.1

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高强高韧铝合金及其制备方法，属于合金领域。

技术介绍

[0002]6系铝合金具有中等强度、耐蚀性强、无应力腐蚀破裂倾向、焊接性能良好、焊接区腐蚀性能不降低、成形性和工艺性能良好等诸多优点，在航空航天、轨道交通、汽车船舶、电力工程等行业得到广泛应用。由于长期裸露在室外，暴露于风霜雨雪，受力状况差异大、温度变化范围宽、湿度变化范围广，空气中酸度及盐度情况变化大等外部环境复杂，在电网配件材料选择时，6系铝合金以其优秀的耐腐蚀性能而受到青睐。但现有的6系铝合金的强度偏低，达不到其应用场景对强度的要求。即使采用常规手段将强度提高到场景要求，延伸率往往又降低太多。总之，传统6系合金强度和延伸率的要求，很难满足一些要求比较高的场景。在电网工程中，金具大量使用铁基材料，强度高，但不耐腐蚀。在节能减排的背景下，铁基金具被6系铝合金替代是一个必然趋势。根据现在服役的铁基金具的要求，还必须大幅提高6系铝合金的性能才有可能替代现用的铁基材料。考虑到这个应用背景，本专利技术人从合金成分、制备工艺等角度考虑，经过长时间的大量实验，终于使性能得到了很大提高，已达到电网工程对金具铝合金的要求。相应的成果已申请国家专利技术专利，申请号为CN202111055276.6。从安全与工程实践的角度，当然是希望所用材料的性能越高、安全系数越大越好。力求更高的性能，如更高的强度，是我们科研人员永远的追求。6系铝合金经过这么多年的研发，其性能特别是强度已接近天花板，再求突破已经很难很难。随着技术的进步、如机械、设备、控制等技术的进步，为我们又提供更多技术手段选择，使我们能提出过去无法实现甚至无法想像的方案。这样，传统材料的性能改善与提高，也就有了可能。申请人此前申报的CN202111055276.6中涉及的铝合金虽然加了稀土后对晶粒细化的效果很好，使合金的强度、延伸率达到了一个很好的平衡，达到了最佳的综合性能。但是，由于稀土是宝贵的战略资源，而且其价格贵，既不宜于大量使用，也不利于市场开拓。故采用新思路、新的方法、新的手段去进一步提高合金的强度，就显得非常必须，具有重大意义。
[0003]现有的6系铝合金强度通常为300Ma左右，很难超过400MPa。而当其作为结构材料使用时，通常要求其具有较高的强度，至少达到400MPa。申请号为CN202111055276.6的6系铝合金，抗拉强度已达到420MPa以上，延伸率保持在20％以上，已达到上述目标。从提高电网安全系数的角度考虑，当然是强度越高越好，如强度能超过440MPa或更高，则应用场景将更加广泛。通常，金属材料的强度提高会导致延伸率的下降，但只要延伸率不低于13％，则完全能满足当前电网工程的要求。将抗拉强度不超过400MPa的6系铝合金的强度提高到440MPa以上，延伸率保持在13％以上，以满足服役条件对6系铝合金高强度的工程实践要求，将是一个具有很大应用价值的课题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种铝合金及其制备方法，以获得
兼具良好的强度性能和延伸性能的铝合金产品，并简化铝合金的元素组成。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种高强高韧铝合金的制备方法，所述高强高韧铝合金的成分组成为：Si 2.1
‑
2.7wt％、Mg1.9
‑
2.5wt％和Cu 1.9
‑
2.5wt％，余量为铝及不可避免的杂质，其中，所述不可避免的杂质的总量占高强高韧铝合金的0
‑
0.8wt％；包括如下步骤：
[0007]S1、根据高强高韧铝合金的成分组成备料并熔炼，然后通过高压水雾化法制备多角状铝合金粉末，过180
‑
220目筛，取筛下粉末，备用；
[0008]其中，高压水雾化时，铝合金熔体通过中间包的漏眼流下的同时采用高压水射流喷射；其中，高压水射流的单位压力为20
‑
23MPa，高压水射流的流量为0.8
‑
1.2t/min，漏眼的直径为24
‑
26mm；
[0009]S2、将所述筛下粉末压制成型后，于惰性气氛或保护气氛下烧结60
‑
480min后，风冷，获得铝锭；
[0010]其中，烧结温度为560
‑
565℃；
[0011]S3、对所述铝锭进行热挤压后，风冷，获得挤压棒；
[0012]其中，控制热挤压温度为540
‑
545℃，热挤压比不小于15:1，进一步为20
‑
30:1，更进一步为24
‑
26:1；
[0013]S4、将所述挤压棒于560
‑
565℃条件下固溶处理60
‑
180min后，依次淬火、旋锻，获得旋锻件；
[0014]S5、对所述旋锻件进行双级时效处理，获得高强高韧铝合金成品；
[0015]其中，进行双级时效处理时，先在132
‑
138℃时效处理3
‑
4h，再在157
‑
163℃时效处理10
‑
11h。
[0016]本专利技术所制备的铝合金粉末为多角状，特别适用于压制，有助于获得高致密度的坯体。
[0017]进一步地，所述高强高韧铝合金的成分组成为：Si 2.3
‑
2.5wt％、Mg 2.2
‑
2.5wt％和Cu 1.9
‑
2.5wt％，余量为铝及不可避免的杂质。
[0018]可选地，S1中，熔炼温度为700
‑
800℃。
[0019]进一步地，S2中，采用200
‑
230MPa的压力压制成型。
[0020]进一步地，S2中，于氩气气氛下烧结。
[0021]进一步地，S2中，烧结温度为563
‑
564℃。
[0022]进一步地，S2中，烧结时间为300
‑
450min，更进一步为400
‑
440min。
[0023]进一步地，S2中，采用网带炉进行烧结；所述网带炉具有烧结段和冷却段，所述冷却段内设有风扇。如此，可通过风扇对烧结后的合金进行风冷，起到淬火效果。
[0024]进一步地，S3中，热挤压温度为543
‑
544℃。
[0025]可选地，S3中，通过风扇进行风冷处理。
[0026]进一步地，S4中，于562
‑
564℃条件下进行固溶处理。
[0027]进一步地，S4中，旋锻2
‑
4次；每次旋锻后，挤压棒的直径减小3
‑
5％。如此，有助于获得最优的性价比。
[0028]进一步地，S5中，进行双级时效处理时，先在134
‑
136℃时效处理3.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧铝合金的制备方法，其特征在于，所述高强高韧铝合金的成分组成为：Si 2.1
‑
2.7wt％、Mg 1.9
‑
2.5wt％和Cu 1.9
‑
2.5wt％，余量为铝及不可避免的杂质，其中，所述不可避免的杂质的总量占高强高韧铝合金的0
‑
0.8wt％；包括如下步骤：S1、根据高强高韧铝合金的成分组成备料并熔炼，然后通过高压水雾化法制备多角状铝合金粉末，过180
‑
220目筛，取筛下粉末，备用；其中，高压水雾化时，铝合金熔体通过中间包的漏眼流下的同时采用高压水射流喷射；其中，高压水射流的单位压力为20
‑
23MPa，高压水射流的流量为0.8
‑
1.2t/min，漏眼的直径为24
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26mm；S2、将所述筛下粉末压制成型后，于惰性气氛或保护气氛下烧结60
‑
480min后，风冷，获得铝锭；其中，烧结温度为560
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565℃；S3、对所述铝锭进行热挤压后，风冷，获得挤压棒；其中，控制热挤压温度为540
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545℃，热挤压比不小于15:1；S4、将所述挤压棒于560
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565℃条件下固溶处理60
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180min后，依次淬火、旋锻，获得旋锻件；S5、对所述旋锻件进行双级时效处理，获得高强高韧铝合金成品；其中，进行双级时效处理时，先在132
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138℃时效处理3
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄劲松，周忠诚，王华春，封治国，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：