一种高强Al-Zn-Mg-Sn-Mn系铝合金及加工方法技术

本发明专利技术公开了一种高强Al

【技术实现步骤摘要】
一种高强Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Sn
‑
Mn系铝合金及加工方法


[0001]本专利技术涉及铝合金领域，具体是一种高强Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Sn
‑
Mn系铝合金及加工方法。

技术介绍

[0002]随着国内外造船业迅速发展，船舶的轻量化越来越被重视，铝合金的密度小，弹性模量约为钢的1/3，铝合金的比强度比钢的高，用在船舶上代替钢材可降低构件重量50％以上。铝合金用于船舶制造中有如下优点:减轻重量，提高船速，节约燃料；改善船的长宽比，增加稳定性，使船易于操作；易焊接；吸收冲击能力较强。因此，在造船业中铝合金具有很多的应用和发展空间。航母的制造一般体现了一个国家的最高建船水平，铝合金在现役的航母上获得大量的应用，例如，美国“独立”号(CVA62)航母用了1019t铝合金，“企业”号核动力航母(CVA65)用了450t铝合金，法国“福熙”号(R99)及“克里蒙梭”号(R98)航母上使用的铝合金超过1000t。
[0003]此外，由于铝合金具有质量轻、耐蚀性好、易加工成形等特点，使它在海洋工程装备产业高端金属材料中占有重要的地位。船舶用耐蚀铝合金主要在Al
‑
Zn
‑
Mg系和Al
‑
Mg
‑
Si系中选择，主要产品类型Al
‑
Zn
‑
Mg系板材和型材、Al
‑/>Mg
‑
Si系型材。船用铝合金按用途可分为船体结构用铝合金、上层舾装用铝合金。船体结构包括:船侧、船底外板、龙骨、肋板、隔壁等，舾装包括:操舵室、舷墙、烟筒、舷窗、桅杆等。很多国家都采用Al
‑
Zn
‑
Mg系合金作为船体结构材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高强Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Sn
‑
Mn系铝合金及加工方法，该铝合金在铸态和挤压态条件下可获得高的强度和优良的塑性，不含贵重金属元素，具有良好的挤压性能和成型性能。
[0005]本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
[0006]一种高强Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Sn
‑
Mn系铝合金，其组分按质量百分比计为：Zn：5.0
‑
7.0％；Mg：2.0
‑
3.0％；Sn：0.5
‑
1.0％；Mn：0.3
‑
0.6％；Zr：0.2
‑
0.4％；Sb：0.1
‑
0.2％；Be：0.1
‑
0.2％和Cr：0.1
‑
0.2％；其余为铝和不可避免的杂质。
[0007]通过以下加工方法获得：
[0008]步骤1，合金熔炼与浇铸：先将纯Al、纯Zn、纯Mg、Al
‑
10wt％Mn中间合金在150～200℃下预热20～30分钟，将纯Sn在100～150℃下预热20～30分钟；在电阻炉中加热纯铝，在700～720℃保温使母料全部熔化，然后加入预热过的纯Zn、纯Sn、纯Al和Al
‑
10wt％Mn中间合金，升温至730～750℃后保温20～30分钟，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀，静置保温20min后降温到690～710℃，浇铸成锭；
[0009]步骤2，合金的挤压加工：将上述铸锭进行机加工至合适尺寸，然后在310～350℃下固溶2～12h，再升温至560～590℃固溶2～8h，最后在挤压机上挤压成型，空冷至室温；
[0010]步骤3，挤压材的热处理工艺：采用双级时效工艺(T5)，首先在60～80℃下时效4～
24h，然后在160～180℃下时效1～8h，空冷至室温。
[0011]进一步的，加工方法细化为：
[0012]步骤1，合金熔炼与浇铸：先将纯Al、纯Mg、纯Zn、Al
‑
10wt％Mn中间合金在160℃下预热25分钟，将纯Sn在120℃下预热25分钟；在电阻炉中加热纯铝，在720℃保温使母料全部熔化，然后加入预热过的纯Zn、纯Sn、纯Mg和Al
‑
10wt％Mn中间合金，升温至740℃后保温25分钟，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀，静置保温20分钟后降温到700℃，浇铸成锭；
[0013]步骤2，合金的挤压加工：将上述铸锭进行机加工至合适尺寸，然后在400℃下固溶10h，再升温至560℃固溶6h，最后在挤压机上挤压成型，挤压速度1.2mm
·
s
‑1，挤压比10，空冷至室温；
[0014]步骤3，挤压材的热处理工艺：采用双级时效工艺，首先在70℃下时效16h，然后在180℃下时效6h，空冷至室温。
[0015]上述Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Sn
‑
Mn系铝合金的加工方法，作为本专利技术的另一个方面。
[0016]对比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)采用Zn作为第一合金化元素，保证了固溶强化和时效强化效果，Al元素的加入改善了Mg
‑
Zn二元合金的铸造性能，并且通过控制Zn和Al元素的添加比例，可以引入Mg
32
(Al,Zn)
49
高温强化相；Sn元素的加入提高了合金的塑性变形能力，同时Mg2Sn相的形成可以改善合金高温性能，加入少量Mn元素可以在尽量不降低塑性的同时改善挤压合金的组织形貌，提高合金力学性能。
[0018](2)本专利技术铝合金材料不含贵金属，成本低，通过挤压变形可以获得传统高强铝合金的强度，同时伸长率大大提高，并且可以通过后续热处理进一步提高材料力学性能。
[0019](3)本专利技术挤压态合金室温抗拉强度可以达到610MPa以上，屈服强度达到490MPa以上，伸长率达到8％以上，经时效处理后，屈服强度可以达到530MPa以上，延伸率仍可达到11％以上。
[0020](4)本专利技术合金可以实现在250℃挤压成型，具有良好地低温成型能力。
附图说明
[0021]图1为本专利技术铝合金(实施例1)的挤压态金相组织照片。
[0022]图2为本专利技术铝合金(实施例2)的挤压态金相组织照片。
[0023]图3为本专利技术铝合金(实施例3)的挤压态金相组织照片。
[0024]图4为本专利技术铝合金(实施例4)的挤压态金相组织照片。
[0025]图5为本申请各实施例中铝合金的性能检测报告。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强Al
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Zn
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Mg
‑
Sn
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Mn系铝合金，其特征在于，其组分按质量百分比计为：Zn：5.0
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7.0％；Mg：2.0
‑
3.0％；Sn：0.5
‑
1.0％；Mn：0.3
‑
0.6％；Zr：0.2
‑
0.4％；Sb：0.1
‑
0.2％；Be：0.1
‑
0.2％和Cr：0.1
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0.2％；其余为铝和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述一种高强Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Sn
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Mn系铝合金，其特征在于，其组分按质量百分比计包括：Zn：6.5％；Mg：2.5％；Sn：0.8％；Mn：0.4％；Zr：0.2％；Sb：0.2％；Be：0.2％和Cr：0.2％；Al为余量，杂质小于0.01％。3.根据权利要求1所述一种高强Al
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Zn
‑
Mg
‑
Sn
‑
Mn系铝合金，其特征在于，通过以下加工方法获得：步骤1，合金熔炼与浇铸：先将纯Al、纯Zn、纯Mg、Al
‑
10wt％Mn中间合金在150～200℃下预热20～30分钟，将纯Sn在100～150℃下预热20～30分钟；在电阻炉中加热纯铝，在700～720℃保温使母料全部熔化，然后加入预热过的纯Zn、纯Sn、纯Al和Al
‑
10wt％Mn中间合金，升温至730～750℃后保温20～30分钟，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀，静置保温20min后降温到690～710℃，浇铸成锭；步骤2，合金的挤压加工：将上述铸锭进行机加工至合适尺寸，然后在310～350℃下固溶2～12h，再升温至560～590℃固溶2～8h，最后在挤压机上挤压成型，空冷至室温；步骤3，挤压材的热处理工艺：采用双级时效工艺(T5)，首先在60～80℃下时效4～24h，然后在160～180℃下时效1～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍俊，隋来智，沈现猛，丁岩，马德良，杨焕军，臧伟，王仁武，丁春华，吕尚娟，孟杰，马旭，
申请(专利权)人：山东南山铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：