一种高强7000系铝合金型材及其加工制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强7000系铝合金型材，按重量百分数，包括以下组分：Zn：7.5

A high-strength 7000 series aluminum alloy profile and its processing and preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高强7000系铝合金型材及其加工制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金材料成型的
，尤其是涉及一种高强7000系铝合金型材及其加工制备方法。

技术介绍

[0002]7000系铝合金具有高比强度、高比刚度，以及优良的抗断裂韧性和抗疲劳的性能，此外，7000系铝合金的热加工性能、耐腐蚀性能也较好，因此被广泛用于航天航空、车辆、建筑、桥梁和大型压力容器等领域。
[0003]在7000系铝合金中，其主要强化元素为Zn和Mg，两者在合金中能形成强化相η相(MgZn2)和T相(Al2Mg3Zn3)。当Zn的质量分数在7
‑
12％，Mg的质量分数在2
‑
3％，且Zn与Mg质量比≥3时，Zn和Mg在合金中主要形成η相。随着Zn和Mg含量的提高，强化的数量增加从而使合金强度得到提高；当Zn、Mg的原子比接近T相时，合金综合性能最好。7000系铝合金还含有Cu，在平衡状态下，Cu在Al基体中的固溶极限为5.56％。当Cu含量很高且Mg含量很低时，合金会形成θ相(Al2Cu)。Cu可有效地提高沉淀相的弥散程度，通过提高晶界析出相中的Cu含量，降低晶界与晶内的电位差，可降低合金的应力腐蚀开裂倾向。但当Zn、Mg含量比较小时，Cu含量越高，合金韧性越差。
[0004]7000系铝合金属于可热处理的强化合金，主要是通过过饱和固溶体的脱溶，析出大量细小、弥散分布的第二相颗粒以达到强化目的，即时效强化，又称沉淀强化。7000系铝合金的时效析出序列为：过饱和固溶体
→
溶质原子偏聚区(GP区)
→
亚稳相η'
→
平衡相η。在时效早期阶段，析出相为GP区。随着时效温度的提高或保温时间的加长，以GP区为核心形成与Al基体半共格的亚稳相η'。GP区和亚稳相η'都能对合金起强化作用，其中η'相起主要强化作用。η'相容易在位错、晶界等处形核长大，其对合金的强化作用受共格程度和均匀性的影响。η'相可作为与Al基体不共格的平衡相η的晶核，随着η相的形成和长大，合金强度开始下降。
[0005]现有技术公开了一种Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系超高强铝合金及制备方法，所述铝合金通过调整主合金元素以优化铝合金的强化相类型，保证合金强度与韧性的同时，具有高的淬透性；并通过在传统热处理工艺上开发双深冷嵌入的多级热处理工艺，调整强化相的分布状态。该铝合金需要通过双深冷嵌入的多级热处理工艺对原材料进行处理，工序稍显复杂，而且合金的韧性和伸长性能有待提升。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种高强7000系铝合金型材，该铝合金型材具有高Zn/Mg比，以及低Cu含量的特性；本专利技术还提供了该高强7000系铝合金型材的制备方法，通过合金成分调控以及双级时效处理，获得组织均匀，力学性能优异的新型高强7000系铝合金。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]一种高强7000系铝合金型材，按重量百分数，包括以下组分：
[0009]Zn：7.5
‑
7.65％，
[0010]Mg：1.5
‑
1.7％，
[0011]Cu：0.16
‑
0.2％，
[0012]Zr：0.17
‑
0.2％，
[0013]Fe：0.04
‑
0.06％，
[0014]Si：0.01
‑
0.05％，
[0015]余量为Al。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，一种高强7000系铝合金型材，按重量百分数，包括以下组分：
[0017]Zn：7.65％，
[0018]Mg：1.57％，
[0019]Cu：0.16％，
[0020]Zr：0.17％，
[0021]Fe：0.05％，
[0022]Si：0.03％，
[0023]余量为Al。
[0024]本专利技术提供了上述高强7000系铝合金型材的加工制备方法，其包括如下步骤：
[0025]S1.备料：准备好原材料纯铝锭、纯锌锭和中间合金Al
‑
50Mg、Al
‑
50Cu、Al
‑
10Zr以及细化剂Al
‑
5Ti
‑
1B；
[0026]S2.合金熔炼：先预热至200℃，然后加入纯铝锭和中间合金Al
‑
50Cu，升温熔化，在720
‑
725℃下再依次加入纯锌锭、中间合金Al
‑
50Mg和Al
‑
10Zr，其中每次加料后保温10min；在718
‑
722℃进行精炼，静置10min后除渣，最后加入细化剂Al
‑
5Ti
‑
1B，在710
‑
720℃下浇注；
[0027]S3.合金铸锭和均匀化处理：对S2浇注得到的合金进行铸锭，合金均匀化的处理温度为470℃，保温时间为24h，空冷；热挤压前，先将挤压坯、凹模进行预热，其预热温度分别为430℃和450℃，保温时间为1h；凸模和挤压筒预热温度为400℃，保温时间为1h；热挤压速率为V＝2mm/s，挤压比为39.4；
[0028]S4.热挤压成型：热挤压成型棒材的固溶处理温度为470℃，保温时间为1h，保温完成后水淬；
[0029]S5.人工时效：在固溶处理后进行人工时效。
[0030]进一步地，所述人工时效为双级时效工艺，所述双级时效工艺条件分别为120℃/6h+160℃/(8、10、12、14、16h)，以及120℃/6h+180℃/(8、10、12、14、16h)。
[0031]双级时效通常指第一级低温时效+第二级高温时效。其中，一级低温时效后，合金析出大量细小且均匀分布的GP区；随后进入二级高温时效，GP区向η'相转变。通过改变双级时效工艺，即控制时效温度和时效时间，能有效改善合金晶内和晶界处的析出相的密度、形貌、尺寸等，从而改善合金力学性能。
[0032]作为本专利技术技术方案的进一步描述，加入的中间合金Al
‑
50Mg为原材料总重量的3
‑
3.4％；加入的中间合金Al
‑
50Cu为原材料总重量的0.32
‑
0.4％；加入的中间合金Al
‑
10Zr
为中间合金的1.7
‑
2％。
[0033]作为本专利技术技术方案的进一步描述，所述纯铝锭的纯度在99.85％以上。
[0034]作为本专利技术技术方案的进一步描述，在所述S2中，在精炼时采用的精炼剂为六氯乙烷。
[0035]作为本专利技术技术方案的进一步描述，在中间合金Al
‑
50Mg中，Mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强7000系铝合金型材，其特征在于，按重量百分数，包括以下组分：Zn：7.5
‑
7.65％，Mg：1.5
‑
1.7％，Cu：0.16
‑
0.2％，Zr：0.17
‑
0.2％，Fe：0.04
‑
0.06％，Si：0.01
‑
0.05％，余量为Al。2.一种高强7000系铝合金型材，其特征在于，按重量百分数，包括以下组分：Zn：7.65％，Mg：1.57％，Cu：0.16％，Zr：0.17％，Fe：0.05％，Si：0.03％，余量为Al。3.一种如权利要求1
‑
2任一所述的高强7000系铝合金型材的加工制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.备料：准备好原材料纯铝锭、纯锌锭和中间合金Al
‑
50Mg、Al
‑
50Cu、Al
‑
10Zr以及细化剂Al
‑
5Ti
‑
1B；S2.合金熔炼：先预热至200℃，然后加入纯铝锭和中间合金Al
‑
50Cu，升温熔化，在720
‑
725℃下再依次加入纯锌锭、中间合金Al
‑
50Mg和Al
‑
10Zr，其中每次加料后保温10min；在718
‑
722℃进行精炼，静置10min后除渣，最后加入细化剂Al
‑
5Ti
‑
1B，在710
‑
720℃下浇注；S3.合金铸锭和均匀化处理：对S2浇注得到的合金进行铸锭，合金均匀化的处理温度为470℃，保温时间为24h，空冷；热挤压前，先将挤压坯、凹模进行预热，其预热温...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹耿华，朱世安，蔡月华，韦杰宝，张大童，宁成云，
申请(专利权)人：华南理工大学深圳职业技术学院广东豪美技术创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：