一种无粗晶的变形铝合金及其制备方法和制品技术

本发明专利技术提供了一种无粗晶的变形铝合金及其制备方法和制品，本发明专利技术的无粗晶的变形铝合金中，Al、V、Mn、Zr、Li、Ti、Hf在合金基体中形成了弥散、细小的纳米级析出相，这些析出相热稳定性好，并可有效钉扎晶界和位错，抑制挤压过程中的晶粒粗化与再细晶，同时提升基体强度。B元素可以Ti结合有效细化晶粒；Be元素可在铝液表面形成致密氧化膜进一步阻止Al/Mg/Zn/Li元素的烧损；同时，通过多级均匀化处理制度、在线水淋、较高的挤压筒温度以及较慢的挤压速度，可有效抑制粗晶的形成。本发明专利技术的无粗晶的变形铝合金，在低倍下未观察到粗晶组织，挤压棒材中心部位、边部的抗拉强度与延伸率基本一致，可达558‑592MPa，延伸率为13.9‑15.1%，疲劳寿命均超过10

【技术实现步骤摘要】
一种无粗晶的变形铝合金及其制备方法和制品
本专利技术属于金属材料
，涉及一种无粗晶的变形铝合金及其制备方法和制品（如棒材、型材或板材）。
技术介绍
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是一类可热处理强化超高强铝合金，由于具有良好的延展性、断裂韧性、疲劳性能，已在航空、航天、电子等领域广泛应用，特别是其棒材、型材、板材以及锻件已用作飞机大梁、蒙皮、铆钉、导弹舱体连接部件、雷达框架等。但随着我国武器装备的机动性要求越来越高，对铝合金等轻质材料提出较高要求，特别是Al-Zn-Mg-Cu系棒材、型材以及板材，在挤压和热处理过程中，极易产生粗晶，造成材料力学性能明显下降，抗拉强度、延伸率明显降低，疲劳性能下降、耐腐蚀性能下降且材料性能不均匀。同时，在后续的表面处理过程中，常因粗晶的存在带来阳极化处理后的表面不均匀，严重影响了材料使用性能。因此，改善或消除Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的粗晶缺陷，提升材料的均匀性对进一步扩大材料应用范围，提升装备性能非常必要。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种无粗晶的变形铝合金及其制备方法和制品，所述无粗晶的变形铝合金可以解决现有技术中Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的制品（如棒材、型材或板材）表面存在粗晶而导致其性能降低和表面不均匀的问题，同时解决所述制品的应用受到限制的问题。为了解决上次技术问题，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种无粗晶的变形铝合金，所述变形铝合金包括以下重量百分含量的各元素：Zn：4.5~6.3%，Mg：1.0~1.8%，Cu：0.8~1.5%，V：0.4~0.6%，Zr：0.06~0.12%，Li：0.02~0.08%，Ti：0.06~0.10%，Mn：0.01~0.03%，Hf：0.08~0.12%，B：0.01~0.02%，Be：0.006~0.01%，杂质元素：小于或等于0.09%，Al：余量。作为一种优先的实施方案，所述铝合金包括以下重量百分含量的各元素：Zn：4.8~6.0%，Mg：1.2~1.7%，Cu：0.8~1.0%，V：0.4~0.5%，Zr：0.08~0.10%，Li：0.03~0.06%，Ti：0.08~0.10%，Mn：0.02~0.03%，Hf：0.10~0.12%，B：0.015~0.02%，Be：0.008~0.01%，杂质元素：小于或等于0.07%，Al：余量。示例性地，所述铝合金中，Zn的重量百分含量为4.8、5.0、5.2、5.5、5.8、6.0%；Mg的重量百分含量为1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7%；Cu的重量百分含量为0.8、0.85、0.9、0.95、1.0%；V的重量百分含量为0.4、0.42、0.45、0.48、0.5%；Zr的重量百分含量为0.08、0.085、0.09、0.095、0.10%；Li的重量百分含量为0.03、0.04、0.05、0.06%；Ti的重量百分含量为0.08、0.085、0.09、0.095、0.10%；Mn的重量百分含量为0.02、0.022、0.025、0.028、0.03%；Hf的重量百分含量为0.10、0.105、0.11、0.115、0.12%；B的重量百分含量为0.015、0.016、0.018、0.02%；Be的重量百分含量为0.008、0.009、0.01%；杂质元素的重量百分含量小于或等于0.07%；余量为Al。本专利技术的变形铝合金在均匀化过程中，V、Mn、Zr、Li、Ti、Hf元素形成了单元或多元纳米级析出相，有效增强基体并抑制粗晶的形成。具体地，V元素与Al元素结合生成Al3V相，Mn元素与Al元素结合生成Al6Mn相，Zr、Li、Ti、Hf元素反应生产Al3(Zr,Li,Ti,Hf)、Al3(Ti,Li,Zr,Hf)和Al3(Hf,Zr,Li,Ti)纳米级析出相，这些析出相均为核壳结构，其中Al3(Zr,Li,Ti,Hf)相以Al3Zr相为成核核心，Li、Ti、Hf元素置换出Al3Zr相中的部分Zr元素，在Al3Zr相外层形成一层复合壳层，该壳层与Al原子的晶格常数更接近，晶格错配度小，对基体的强化效果好，且热稳定性较单一的Al3Zr相、Al3Li相、Al3Ti相、Al3Hf相更好；同时，这些纳米级核壳结构析出相可有效钉扎晶界、亚晶界和位错，在挤压和加热过程中可有效抑制晶粒的粗化长大和抑制受热时的再结晶，遏制粗晶形成。Al3(Ti,Li,Zr,Hf)相和Al3(Hf,Zr,Li,Ti)相与Al3(Zr,Li,Ti,Hf)相类似，均为多层核壳结构析出相，其对基体的强化效果、热稳定性良好，可有效遏制粗晶形成。在熔炼时，合金中存在的微量Be元素可在铝液表面形成一层致密的氧化膜，有效阻碍铝液与空气接触，减轻熔炼时的Al、Zn、Mg、Li元素的氧化，进一步提高熔体的纯净度，减少元素烧损。在铝合金凝固过程中，B元素与Ti元素结合形成TiB2相，TiB2相可作为α-Al相的形核核心，有效细化晶粒，提升材料综合力学性能。作为一种优选的实施方案，所述杂质包括以下重量百分含量的各元素：Fe≤0.03%，Si≤0.02%，Sn≤0.02%，Pb≤0.02%。优选地，所述杂质包括以下重量百分含量的元素：Fe≤0.02%，Si≤0.02%，Sn≤0.01%，Pb≤0.02%。本专利技术的杂质主要来源于制备铝合金的原料，杂质中通常是铁元素、硅元素、锡元素和铅元素，杂质的含量越少越好。在无粗晶的变形铝合金中，当铁元素含量较高时，铁元素易与硅、铝形成粗大难溶的条状化合物，在拉伸过程中割裂基体，导致合金的强度和延伸率的降低；当锡或铅元素含量超过0.05%时，锡原子、铅原子进入到铝原子中间，增加铝原子平均原子间距，在晶体表面层产生应力，也会降低合金的弹性模量和延伸率。本专利技术进一步控制杂质的含量，提高无粗晶的变形铝合金的纯度，进一步降低杂质元素对无粗晶的变形铝合金性能的影响。作为一种优选的实施方案，所述无粗晶的变形铝合金中，Cu、Li、Hf和Ti元素的重量百分含量满足：WCu/（WLi+WHf+WTi）≤5.38；其中，WCu为Cu元素的重量百分含量；WLi为Li元素的重量百分含量；WHf为Hf元素的重量百分含量；WTi为Ti元素的重量百分含量。优选地，所述无粗晶的变形铝合金中，Cu、Li、Hf和Ti元素的重量百分含量满足：WCu/（WLi+WHf+WTi）≤4.82；其中，WCu为Cu元素的重量百分含量；WLi为Li元素的重量百分含量；WHf为Hf元素的重量百分含量；WTi为Ti元素的重量百分含量。本专利技术进一步通过控制Cu与Li、Hf和Ti元素的重量百分含量，可以避免基体中形成难溶的Al-Cu-Li-Hf-Ti相，该析出相尺寸约0.5-2mm，不能通过常规的热处理回溶，作为大尺寸杂质相严重影响材料性能；同时，该析出相的形成会极大的消耗Cu、Li、Hf以及Ti元素，减少元素的有效含量，降低对粗晶的抑制效果。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无粗晶的变形铝合金，其中，所述变形铝合金包括以下重量百分含量的各元素：Zn：4.5~6.3%，Mg：1.0~1.8%，Cu：0.8~1.5%，V：0.4~0.6%，Zr：0.06~0.12%，Li：0.02~0.08%，Ti：0.06~0.10%，Mn：0.01~0.03%，Hf：0.08~0.12%，B：0.01~0.02%，Be：0.006~0.01%，杂质元素：小于或等于0.09%，Al：余量。/n

【技术特征摘要】
1.一种无粗晶的变形铝合金，其中，所述变形铝合金包括以下重量百分含量的各元素：Zn：4.5~6.3%，Mg：1.0~1.8%，Cu：0.8~1.5%，V：0.4~0.6%，Zr：0.06~0.12%，Li：0.02~0.08%，Ti：0.06~0.10%，Mn：0.01~0.03%，Hf：0.08~0.12%，B：0.01~0.02%，Be：0.006~0.01%，杂质元素：小于或等于0.09%，Al：余量。


2.根据权利要求1所述的无粗晶的变形铝合金，其中，所述铝合金包括以下重量百分含量的各元素：Zn：4.8~6.0%，Mg：1.2~1.7%，Cu：0.8~1.0%，V：0.4~0.5%，Zr：0.08~0.10%，Li：0.03~0.06%，Ti：0.08~0.10%，Mn：0.02~0.03%，Hf：0.10~0.12%，B：0.015~0.02%，Be：0.008~0.01%，杂质元素：小于或等于0.07%，Al：余量。


3.根据权利要求1或2所述的无粗晶的变形铝合金，其中，所述杂质包括以下重量百分含量的各元素：Fe≤0.03%，Si≤0.02%，Sn≤0.02%，Pb≤0.02%。


4.根据权利要求1所述的无粗晶的变形铝合金，其中，所述无粗晶的变形铝合金中，Cu、Li、Hf和Ti元素的重量百分含量满足：WCu/（WLi+WHf+WTi）≤5.38；其中，WCu为Cu元素的重量百分含量；WLi为Li元素的重量百分含量；WHf为Hf元素的重量百分含量；WTi为Ti元素的重量百分含量。


5.一种无粗晶的变形铝合金制品，所述变形铝合金制品为权利要求1-4任一项所述的无粗晶的变形铝合金的棒材、型材和板材中的至少一种。


6.权利要求1-4任一项所述的无粗晶的变形铝合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1）将纯铝锭、纯锌锭、纯铜锭、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-B中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Hf中间合金、...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄粒，何维维，戴圣龙，王亮，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11