一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法技术

一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法，属于高强Al‑Zn‑Mg‑Cu合金领域，其中含有下列合金组分：4.0wt％‑5.0wt％的锌、1.0wt％‑2.0wt％的镁、0.5％‑1.5wt％的铜、0.15wt％‑0.5wt％的硅、不大于0.2wt％的不可避免的夹杂物，其余含量为铝。本发明专利技术采用了Si微合金化和时效处理(单级时效处理或双级时效处理两种方法)，具有显著的时效强化效果，提高了合金的耐腐蚀性能，并且经过热轧后的合金强度有了进一步提升。本专利的目的，是提升Al‑Zn‑Mg‑Cu合金的强度兼耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法
本专利技术属于金属合金
，涉及一种经过微合金化的铝合金材料及其制备工艺。技术背景Al-Zn-Mg-Cu合金(7xxx系)高强度铝合金为可热处理强化铝合金，具有密度小、强度高、加工性能好等优点，被广泛用于航空及民用行业。但其强度和腐蚀性能的平衡一直未得到很好的解决。因此本专利技术针对这个问题，优化合金组分产生一种新的兼顾高强度和良好耐腐蚀性的高强铝合金。Al-Zn-Mg-Cu合金的强度和耐腐蚀性能主要受基体析出相、晶界析出相和晶界附近无析出带这三种组织结构影响。合金中小而密集的基体析出相(MPt)可以显著强化合金，但与此同时形成的连续晶界相却导致高的腐蚀敏感性。为了提高合金的强度和抗腐蚀性能，就必须使合金的基体析出相(MPt)细小，弥散，同时使晶界析出相(GBP)粗大且呈不连续分布。本专利技术尝试将Si添加到7xxx铝合金中，希望Si能够使得晶内析出相在高温或长时间热处理条件下稳定，保持合金较高的强度，同时使得晶界析出相(GBP)不连续从而提高合金耐腐蚀性。本专利技术正是基于以上的考虑，设计了Al-Zn-Mg-Cu-Si合金，并确定此合金合适的成份范围和相应的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于专利技术一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法。该合金的制备方法是在AlZnMgCu合金中添加价格便宜的Si元素，通过特殊的时效工艺，使得合金的晶内析出相在高温或长时间热处理条件下稳定，保持合金较高的强度，同时使得晶界析出相不连续从而提高合金耐腐蚀性。本专利技术合金中，Zn、Mg、Cu占合金的质量百分比最好为：Zn：4.0wt％-5.0wt％；Mg：1.0wt％-2.0wt％；Cu：0.5wt％-1.5wt％；Si：0.15wt％-0.5wt％，余量为Al。本专利技术通过以下技术方案实现：一种Si微合金化AlZnMgCu合金的制备方法，该方法包括下述步骤：(1)采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备AlZnMgCuSi合金铸锭；(2)对合金进行450℃～500℃，13h～15h的均匀化退火处理；(3)将均匀化退火后的合金进行热轧；(4)热轧后的合金进行500℃～550℃，0.5h～1.5h的固溶处理，然后进行人工时效。人工时效的工艺有两种，第一种是将合金在125℃下时效12h～48h,然后进行第二级175℃时效3h～12h；第二种是将合金在125℃～225℃下进行单级时效0.5h～120h。步骤(1)将原料置于熔炼炉中，熔炼温度为770℃～790℃，达到温度后保温静置，使熔体中各元素成份分布均匀后进行浇铸，以获得所需的合金铸锭。步骤(3)热轧的工艺参数：将均匀化退火后的合金先进行450±10℃的保温，然后进行轧制，变形量为75％～95％。人工时效的单级时效为：在175℃～225℃之间单级时效处理1h～10h。本专利技术在AlZnMgCu合金中复合添加Si元素，在特殊的时效工艺下，使得合金的晶内析出相在高温或长时间热处理条件下稳定，保持了合金较高的强度，同时使得晶界析出相不连续从而提高了合金的耐腐蚀性能。解决了AlZnMgCu合金强度和耐腐蚀性能不平衡的问题。本专利技术的方法中，Si元素价格相对便宜，采用的时效工艺简单，适合于工业化生产。附图说明：图1：合金在125℃人工时效得到的显微硬度曲线。图2：合金在175℃人工时效得到的显微硬度曲线。图3：合金在225℃人工时效得到的显微硬度曲线。图4：合金在125℃人工时效24h后在175℃下人工时效得到的显微硬度曲线。图5a：Al-4.5Zn-1.5Mg-1.0Cu合金热轧后540固溶1h125℃时效24h175℃时效24h晶间腐蚀照片。图5b：Al-4.5Zn-1.5Mg-1.0Cu-0.35Si合金热轧后540固溶1h125℃时效24h175℃时效24h晶间腐蚀照片。具体实施方式：下面集合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实例1(即对比例):采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝、纯锌、纯镁和Al-50Cu、Al-24Si中间合金，熔炼温度为780±10℃。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸。制备成合金Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu和Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu0.35Si，并通过XRF其实际成分(参考表1)。对该两种合金进行500℃/15h均匀化退火后水淬到室温,然后升温至450℃进行轧制(变形量90％)。进行540℃固溶1小时，水淬到室温，然后在125℃下进行单级时效，得到两种合金的时效硬度曲线(参考图1)，从图1中可以看到添加Si在低温125℃下对合金的时效硬化无明显强化作用。表1：合金经XRF测得的成分表实例2：采用和实例1相同的方法制备成合金Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu、Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu0.15Si和Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu0.35Si(实际成分参考表1)，对该三种合金进行500℃/15h均匀化退火后水淬到室温,然后升温至450℃进行轧制(变形量90％)。进行540℃固溶1小时，水淬到室温，然后在175℃下进行单级时效，得到三种合金的时效硬度曲线(参考图2)，从图2中可以看到随着Si含量的增加，合金的时效硬化峰值越来越高，达到峰值也越来越慢(不含Si、含0.15Si、含0.35Si合金的硬度峰值分别为117.7HV、129.6HV、148.9HV)，达到峰值后硬度下降的也越来越快。说明在中温175℃下时效，Si元素的强化作用开始变得明显。实例3：采用和实例1相同的方法制备成合金Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu和Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu0.35Si(实际成分参考表1)，对该两种合金进行500℃/15h均匀化退火后水淬到室温,然后升温至450℃进行轧制(变形量90％)。进行540℃固溶1小时，水淬到室温，然后在225℃下进行单级时效，得到两种合金的时效硬度曲线(参考图3)，从图3中可以看到Si对合金的时效硬化作用更加明显。并且随着Si含量的增加，合金的时效硬化峰值提高，达到峰值后硬度下降速度变慢。取Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu、Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu0.35Si两种合金在225℃单级时效硬度峰值态(分别是1h和3h)进行晶间腐蚀和剥落腐蚀性能测试，发现含Si合金的晶间腐蚀性能要优于不含Si的合金。说明仅在高温单级时效下，Si的强化作用就可以使Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu合金的硬度和耐腐蚀性达到较好的平衡。实例4：采用和实例1相同的方法制备成合金Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu和Al4.5Zn1.5Mg1.0Cu0.35Si(实际成分参考表1)，对该两种合金进行500℃/15h均匀化退火后水淬到室温,然后升温至450℃进行轧制(变形量90％)。进行540℃固溶1小时，水淬到室温，然后先在125℃下进行时效，得到两种合金的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si微合金化的铝锌镁铜合金，其特征在于，含有下列合金组分：4.0wt％-5.0wt％的锌、1.0wt％-2.0wt％的镁、0.5％-1.5wt％的铜、0.15wt％-0.5wt％的硅，余量为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种Si微合金化的铝锌镁铜合金，其特征在于，含有下列合金组分：4.0wt％-5.0wt％的锌、1.0wt％-2.0wt％的镁、0.5％-1.5wt％的铜、0.15wt％-0.5wt％的硅，余量为Al。


2.根据权利要求1所述的Si微合金化铝锌镁铜合金的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备AlZnMgCuSi合金铸锭；(2)对合金进行450℃～500℃，13h～15h的均匀化退火处理；(3)将均匀化退火后的合金进行热轧；(4)热轧后的合金进行500℃～550℃，0.5h～1.5h的固溶处理，然后进行人工时效。人工时效的工艺有两种，第一种是将合金在125℃下时效12h～48h,然后进行第二级175℃时效3h～12h；第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：文胜平，郭科宏，聂祚仁，王为，高坤元，黄晖，吴晓蓝，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11