一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系合金
阅读说明：本技术 一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系合金 (High-performance Al-Zn-Mg-Cu alloy ) 是由 肖代红 刘文胜 黄兰萍 于 2021-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金。所述合金以质量百分比包括下述组分：Zn：7.5～8.5％,Mg：1.5～2.0％,Cu：1.0～1.8％,Zr：0.08～0.15％,Cr：0.08～0.25％,Mn：0.05～0.2％,Be：0.05～0.1％,Fe≤0.05,Si≤0.05,余量为Al,Zn/Mg比4-7,Zn/Cu比4.7-8,(Mn+Zr+Cr)总量≤0.45％。其制备方法为：按设计的铝合金组分配比,称取各组分,熔炼浇铸成铸锭,然后再经过铸锭多级均匀化退火、热变形、强化固溶、低高温时效处理,最终制备成厚板材。本发明制备出了比现有铝合金更高综合性能的产品,所述产品具有高强高韧、高淬透性、低方向敏感性、可热处理强度等特性。(The invention relates to a high-performance Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloy. The alloy comprises the following components in percentage by mass: zn: 7.5-8.5%, Mg: 1.5-2.0%, Cu: 1.0-1.8%, Zr: 0.08-0.15%, Cr: 0.08-0.25%, Mn: 0.05-0.2%, Be: 0.05-0.1 percent of Fe, less than or equal to 0.05 percent of Si, and the balance of Al, wherein the Zn/Mg ratio is 4-7, the Zn/Cu ratio is 4.7-8, and the total amount of (Mn + Zr + Cr) is less than or equal to 0.45 percent. The preparation method comprises the following steps: weighing the components according to the designed aluminum alloy component ratio, smelting and casting the components into an ingot, and then performing multi-stage homogenization annealing, thermal deformation, solid solution strengthening and low-temperature aging treatment on the ingot to finally prepare the thick plate. The invention prepares a product with higher comprehensive performance than the prior aluminum alloy, and the product has the characteristics of high strength and toughness, high hardenability, low directional sensitivity, heat-treatable strength and the like.)
技术领域
本发明涉及一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金；属于铝合金材料制备与加工
技术领域
。背景技术
随着航空工业的发展和科技水平的提高，飞机设计在综合性能、服役年限、安全性及可靠度、结构质量优化等方面提出了更高的要求，整体结构件及超大尺寸规格结构件在飞机上的应用越来越多，发展新的高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金意味着需要进一步提高合金的强度、塑韧性、耐蚀和耐损伤的综合性能，以及优化的加工工艺性能(如淬透性等)；在尺寸规格方面要求大厚度预拉伸板，大规格锻件，超长、复杂截面型材。因而世界各国纷纷加大投入，通过控制杂质元素含量、优化主合金成分配比、减少乃至替换淬火敏感性元素等手段，开展新型铝合金的研制开发工作。
典型的大厚面截面(厚度100mm以上)Al-Zn-Mg-Cu系铝合金材料包括7075、7010、7050、7010、7040、7449、7037、7099等。7075、7175、7249的最大厚度只有150mm，这些合金在不同厚度的性能有明显差异，而且屈服强度相对较低(低于440MPa)；7085、7037、7050合金的厚度能达到200mm，但这些厚截面材料都存在着明显的方向敏感性(即三个方向的性能存在明显差别)。
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种高综合性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金。本发明通过调控主/微合金化合金元素质量分数及其比例，优化制备工艺条件，获得综合性能优良的高综合性能铝合金。
发明内容
本发明公开了一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，所属合金采用铸锭冶金方法，通过熔炼铸造制备铝合金铸锭，然后再经过铸锭多级均匀化退火、挤压或轧制、强化固溶、低高温时效处理，最终制备成棒材或板材。本发明制备出了比现有铝合金更高综合性能的产品，所述产品具有高强高韧、高淬透性、低方向敏感性、可热处理强度等特性。成分配比合理，工艺操作安全，成本较低，所制备的铝合金具有良好的综合性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，包含以下重量百分比的组分：
以质量百分比包括下述组分Zn：7.5～8.5％，Mg：1.2～2.0％，Cu：1.0～1.8％，Zr：0.08～0.15％，Cr：0.08～0.25％，Mn：0.05～0.2％，Be：0.05～0.1％，Fe≤0.05，Si≤0.05，余量为Al，其中以质量比计Zn/Mg比为4-7、优选为4-6，Zn/Cu比4.7-8、优选为5-8，(Mn+Zr+Cr)总量≤0.45％。
作为优选方案一，本发明一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，包含以下重量百分比的组分：Zn：7.5％，Mg：1.6％，Cu：1.5％，Zr：0.08％，Cr：0.08％，Mn：0.2％，Be：0.1％，Fe≤0.05，Si≤0.05，余量为Al。
与优选方案一所设计组分相匹配的工艺为：以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金为原料，将原料加入熔炼炉中进行熔炼与浇铸，得到铸态产品，铸态产品通过350℃/12h+430℃/12h+450℃/24h的多级均匀化退火，在450℃热挤压成100mm板材，板材于475℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经120℃/5h+160℃/14h的低高温时效处理，得到成品。
作为优选方案二，本发明一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，包含以下重量百分比的组分：Zn：8.5％，Mg：1.2％，Cu：1.8％，Zr：0.15％，Cr：0.15％，Mn：0.05％，Be：0.05％，Fe≤0.04，Si≤0.05，余量为Al。
与优选方案二所设计组分相匹配的工艺为：以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金为原料，将原料加入熔炼炉中进行熔炼与浇铸，得到铸态产品，铸态产品通过380℃/12h+440℃/12h+460℃/24h的多级均匀化退火，在450℃热轧成100mm板材，板材于473℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经121℃/5h+165℃/12h的低高温时效处理；得到成品。
作为优选方案三，本发明一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，包含以下重量百分比的组分：Zn：8％，Mg：2％，Cu：1％，Zr：0.08％，Cr：0.25％，Mn：0.1％，Be：0.08％，Fe≤0.04，Si≤0.05，余量为Al。
与优选方案三所设计组分相匹配的工艺为：以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金为原料，将原料加入熔炼炉中进行熔炼与浇铸，得到铸态产品，铸态产品通过380℃/12h+440℃/12h+460℃/24h的多级均匀化退火，在450℃热轧成100mm板材，合金于465℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经110℃/10h+150℃/16h的低高温时效处理；得到成品。
作为优选方案四，本发明一种高性能Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，包含以下重量百分比的组分：Zn：7.8％，Mg：1.3％，Cu：1.3％，Zr：0.15％，Cr：0.15％，Mn：0.15％，Be：0.06％，Fe≤0.05，Si≤0.04，余量为Al。
与优选方案四所设计组分相匹配的工艺为：以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金为原料，将原料加入熔炼炉中进行熔炼与浇铸，得到铸态产品，铸态产品通过400℃/10h+450℃/10h+470℃/20h的多级均匀化退火，在440℃热轧成100mm板材，合金于480℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经120℃/10h+160℃/15h的低高温时效处理；得到成品。
原理和优势
本发明采用熔炼铸造及热变形方法，通过控制控制合金中主合金化元素Zn、Mg、Cu的含量及Zn/Mg比、Zn/Cu比例，微合金化元素Zr、Cr、Mn、Be的含量及Mn+Zr+Cr总量，杂质元素Fe、Si含量，以及控制铸锭中结晶相含量及其分布，并通过铸锭退火、挤压、轧制、锻造、固溶时效热处理制备成板材，控制板材的最终组织特征，制备成具有高强高韧、高淬透性、低方向敏感性的高强铝合金。
具体实施方式
：
对比例1
采用典型的7085铝合金，原材料以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-50Cu合金及Al-4Zr合金等形式加入。合金熔炼在熔炼炉中进行熔炼与浇铸，然后在450℃退均匀化退火24h，在430℃热挤压成100mm板材，合金于470℃固溶处理2h后室温水淬，然后经120℃/5h+160℃/14h的低高温时效处理。材料的化学成分为其成分为Al-7.5Zn-1.5Mg-1.6Cu-0.1Zr-0.06Si-0.08Fe，材料的性能如表1。
对比例2
用典型的7050铝合金，原材料以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-50Cu合金及Al-4Zr合金等形式加入。合金熔炼在熔炼炉中进行熔炼与浇铸，然后在450℃退均匀化退火24h，在430℃热轧成100mm板材，合金于470℃固溶处理2h后室温水淬，然后经120℃/5h+160℃/14h的低高温时效处理。材料的化学成分为其成分为Al-6.5Zn-2.3Mg-2.3Cu-0.1Mn-0.05Cr-0.12Zr-0.12Si-0.15Fe，材料的性能如表1。
实施例1
原材料以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金等形式加入。合金熔炼在熔炼炉中进行熔炼与浇铸，然后在通过350℃/12h+430℃/12h+450℃/24h的多级均匀化退火，在450℃热挤压成100mm板材，合金于475℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经120℃/5h+160℃/14h的低高温时效处理。材料的化学成分为其成分为Al-7.5Zn-1.6Mg-1.5Cu-0.1Zr-0.08Cr-0.2Mn-0.1Be-0.05Si-0.05Fe，Zn/Mg比4.6，Zn/Cu比5，(Cr+Zr+Mn)总量0.38，材料的性能如表1。
实施例2
原材料以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金等形式加入。合金熔炼在熔炼炉中进行熔炼与浇铸，然后在通过380℃/12h+440℃/12h+460℃/24h的多级均匀化退火，在450℃热轧成100mm板材，合金于473℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经121℃/5h+165℃/12h的低高温时效处理。材料的化学成分为其成分为Al-8.5Zn-1.2Mg-1.8Cu-0.15Zr-0.15Cr-0.05Mn-0.05Be-0.05Si-0.04Fe，Zn/Mg比7，Zn/Cu比4.7，(Cr+Zr+Mn)总量0.35，材料的性能如表1。
实施例3
原材料以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金等形式加入。合金熔炼在熔炼炉中进行熔炼与浇铸，然后在通过380℃/12h+440℃/12h+460℃/24h的多级均匀化退火，在450℃热轧成100mm板材，合金于465℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经110℃/10h+150℃/16h的低高温时效处理。材料的化学成分为其成分为Al-8Zn-2Mg-1.0Cu-0.08Zr-0.25Cr-0.1Mn-0.08Be-0.05Si-0.04Fe，Zn/Mg比4，Zn/Cu比8，(Cr+Zr+Mn)总量0.43，材料的性能如表1。
实施例4
原材料以纯铝、工业纯镁、工业纯锌、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Be合金等形式加入。合金熔炼在熔炼炉中进行熔炼与浇铸，然后在通过400℃/10h+450℃/10h+470℃/20h的多级均匀化退火，在440℃热轧成100mm板材，合金于480℃强化固溶处理3h后室温水淬，然后经120℃/10h+160℃/15h的低高温时效处理。材料的化学成分为其成分为Al-7.8Zn-1.3Mg-1.3Cu-0.15Zr-0.15Cr-0.15Mn-0.06Be-0.04Si-0.05Fe，Zn/Mg比6，Zn/Cu比6，(Cr+Zr+Mn)总量0.45，材料的性能如表1。
表1 本发明合金的室温性能
比较实施例与对比例的性能参数值，可以看出：本发明制备的高性能铝合金的拉伸强度(Rm)、屈服强度(R0.2)、伸长率(A)、断裂韧性能明显高于对比实施例合金，而且方向敏感性低于对比实施例合金。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种共晶系高熵合金及其制备方法