專利名稱：鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備方法，特別是一種鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法。
背景技術(shù)：
目前一些現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件，需要使用7000系高強(qiáng)耐蝕可焊鋁合金。而我國(guó)目前只有中等強(qiáng)度的耐蝕可焊7000系鋁合金，不能滿足一些現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件的使用需求。7000系鋁合金是一些海洋結(jié)構(gòu)件用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。美國(guó)已將高強(qiáng)耐蝕可焊7000系鋁合金用于現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件，其合金抗拉強(qiáng)度為525MPa以上，屈服強(qiáng)度為455MPa以上。但是，到目前為止，我國(guó)尚未有一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋結(jié)構(gòu)件用高強(qiáng)耐蝕可焊7000系鋁合金，這一定程度上制約了我國(guó)一些海洋結(jié)構(gòu)件的發(fā)展。專利CN 101838761 A中的7000系鋁合金，其&i/Mg比、Cu/Mg比高，具有高的強(qiáng)度、硬度和好的抗剝落腐蝕性能，但其焊接性能及抗應(yīng)力腐蝕性能等不能滿足現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件的使用需求。目前我國(guó)一些對(duì)強(qiáng)度要求不高的海洋結(jié)構(gòu)件主要使用的是7000系的中強(qiáng)耐蝕可焊7A19變形鋁合金，該合金抗拉強(qiáng)度為380MPa以上，屈服強(qiáng)度為300MPa以上。7A19鋁合金的成分為Zn4. 5 5. 3%, Mgl. 3 1. 9%, MnO. 30 0. 50%, CuO. 08 0. 30%, CrO. 10 0. 20%, ZrO. 08 0. 20%, BeO. ΟΟΟΓΟ. 005%, Fe ( 0. 40%, Si ( 0. 30%，余量為 Al。我國(guó)的 7Α19 鋁合金在一些對(duì)強(qiáng)度要求不高的海洋結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用效果很好，但其強(qiáng)度偏低，不能滿足一些高強(qiáng)度海洋結(jié)構(gòu)件的使用需求。因此本發(fā)明以7000系合金成分為基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)7Α19鋁合金的成分特點(diǎn)和制備方法，發(fā)明一種鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁-鋅-鎂合金及其制備方法。Al-Zn-Mg合金的主要合金元素Si和Mg在鋁中的溶解度較高，合金具有很好的淬火時(shí)效效應(yīng)。Si和Mg不僅可決定強(qiáng)化相的種類和數(shù)量，而且可決定合金的自淬火性、 熱處理強(qiáng)化效果、應(yīng)力腐蝕抗力、工藝性能、焊接性能。因此必須根據(jù)技術(shù)要求和用途來(lái)確定合適的Zn、Mg含量。一般來(lái)說(shuō)Al-Si-Mg合金的強(qiáng)度隨&i+Mg含量的增加而升高，但會(huì)降低合金的應(yīng)力腐蝕抗力。為了使合金具有高的強(qiáng)度和優(yōu)良的耐腐蝕性能和焊接性能，需選擇合適的Si+Mg和Si/Mg的含量并提高合金的純度等。7A19合金的ai+Mg=29T7%，Zn/ Mg=2. 8 3· 5，本發(fā)明的7000系合金將Zn+Mg含量提高到7. 2% 9. 1%，Zn/Mg為2. 9 1. 9，具體來(lái)說(shuō)5. 2飛.0%Zn, 2. (Γ3. 1% Mg較為合適。由于Al-Si-Mg合金的應(yīng)力腐蝕和焊接熱裂敏感性較高，故必須加入少量Zr、Mn、 Cr來(lái)改善合金的抗腐蝕性能、焊接性能等。本發(fā)明中的這些元素以不同的組合加入。Zr、Mn、Cr雖然影響SuMg在Al中的α固溶體分解的動(dòng)力學(xué)，但它們對(duì)Al_Zn_Mg 合金的時(shí)效強(qiáng)化影響很小。它們?cè)诮Y(jié)晶時(shí)均固溶于α，而在鑄錠均勻化處理的過(guò)程中，部分以彌散的金屬間化合物形式析出，部分保留在α中，它們提高了再結(jié)晶溫度，影響分解產(chǎn)物的分布，因而影響半成品的組織和性能。ττ不僅可以明顯提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，而且還能顯著降低合金的焊接熱裂傾向，其原因，首先是&在熔鑄過(guò)程中增加非自發(fā)晶核而明顯細(xì)化晶粒。同時(shí)在一定的溫度條件下和金屬中的氫氣形成&H，減少金屬中氫氣的有害影響。其次ττ在隨后的均勻化處理中析出二次彌散質(zhì)點(diǎn)，不但能抑制Zn、Mg原子向晶界偏聚，而且還能抑制材料在處理和加工過(guò)程中的再結(jié)晶，保持材料的纖維組織，從而提高了抗應(yīng)力腐蝕性能，即ττ除了可顯著提高合金的再結(jié)晶溫度外，在鑄造和焊接時(shí)可強(qiáng)烈細(xì)化晶粒，降低了熱裂傾向， 還可使合金中的氫含量放寬及熱影響區(qū)中不出現(xiàn)氣孔。Mn、 Cr顯著提高熱變形制品特別是擠壓件的再結(jié)晶溫度。但&、Mn、Cr含量過(guò)高會(huì)變成粗大化合物。要使它們既不形成粗大化合物，又能細(xì)化晶粒提高應(yīng)力腐蝕抗力等，0. 15^0. 22%Zr, 0. 10 0. 20%Μη、0. 18 0. 28%Cr 較為適宜。Al-Zn-Mg合金中加入少量的Cu時(shí)，隨Cu含量增加，可提高合金強(qiáng)度等。Ti可細(xì)化Al-Zn-Mg合金鑄鈦的晶粒和改善可焊性。但Ti會(huì)加劇Al-Si-Mg合金剝落腐蝕，因此Ti含量不能過(guò)高，在含ττ的情況下也可不加Ti。Fe、Si在本發(fā)明的合金中是作為有害雜質(zhì)限制的，它們通常生成一次晶粗大化合物和含F(xiàn)e、Si的多元化合物，造成了合金的不均勻組織，對(duì)合金的強(qiáng)度性能、焊接抗裂性和抗腐蝕性能等產(chǎn)生很不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法，針對(duì)目前我國(guó)的7000系鋁合金存在的高強(qiáng)度與高抗腐蝕性能、高可焊接性能很難兼顧的問(wèn)題，結(jié)合新型7000系鋁合金和7Α19鋁合金的成分特點(diǎn)，通過(guò)添加微量元素鋯來(lái)改善7000系鋁合金綜合性能，以滿足我國(guó)一些高強(qiáng)度現(xiàn)代海洋結(jié)構(gòu)件對(duì)525MPa級(jí)的高強(qiáng)耐蝕可焊鋁-鋅-鎂系鋁合金的使用要求。為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
本發(fā)明的一種鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金，特征是其質(zhì)量百分比組成為:Zn5. 2 6. 0%, Mg2. 0 3· 1%，ZrO. 15 0. 22%, MnO. 10 0· 20%, CuO. 8 2. 0%, CrO. 18 0. 28%, BeO. 000Γ0. 005%, Ti ( 0. 10%, Fe ( 0. 15%, Si ( 0. 15%，余量為 Al。本發(fā)明的鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金的制備方法，為鑄錠冶金法，首先將高純鋁加入到石墨坩堝中，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為75(T780°C，待高純鋁熔化后，加入Al- Cr、Al- Mn、Al- Cu、Al- Zr、Al- Be中間合金，溫度降至68(T700°C 用鐘罩壓入工業(yè)純Mg，熔化后加入工業(yè)純Zn，待所有中間合金和金屬熔化后，溫度升至 7300C 750°C采用0. 29Π). 4%的C2Cl6 (壓塊)精煉除氣，扒渣，靜置10-20分鐘，澆入水冷鐵模中，冷卻后脫模；澆鑄成錠的合金進(jìn)行后處理，即獲得鋯微合金化的高純耐蝕可焊招_鋒_鏡合金。所述的Al- Cr、Al- Mn、Al- Cu、Al- Zr、Al- Be 中間合金，具體組成為=Al- Cr 2. 0 3· 0%Cr、Al- Mn :9· 0 11· 0% Mn、Al- Cu :48. 0 52· 0% Cu、Al- Zr :3· 0 3· 5% Zr、Al-Be :2. 0 4· 0% Be。所述的澆鑄成錠的合金后處理最佳工藝為40(Γ460 V X 17^24h退火， 4600C 315°C熱軋?zhí)幚?，然后進(jìn)行固溶處理，固溶處理制度如下升溫至51(T520°C，保溫 25 60min后，緩慢降溫至45(T460°C，降溫速度為0. 3 0. 8°C /min,保溫3(T40min后冷水淬火，然后11(T120°C父1011第1級(jí)時(shí)效，175 1851 X 10 1濁第2級(jí)時(shí)效處理。這些技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果
(1)本發(fā)明獲得了一種鋯微合金化的，經(jīng)合適的熱處理后具有高的強(qiáng)度和高抗腐蝕性能、高焊接性能的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁-鋅-鎂合金。(2)本發(fā)明鋁合金的抗拉強(qiáng)度為彡525MPa，屈服強(qiáng)度為彡455MPa，按國(guó)軍標(biāo) GJB1536-1992附錄C (Al-Si-Mg系合金剝落腐蝕試驗(yàn)方法)其抗剝落腐蝕性能不低于EA 級(jí)。按國(guó)軍標(biāo)GJB1536-1992附錄B (拉伸應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法)其應(yīng)力腐蝕壽命不小于90d。 合金焊接抗裂性與7A19鋁合金相當(dāng)。(3)鋯的微合金化提高了合金的抗腐蝕性能和焊接性能。(4)本發(fā)明公開(kāi)了一種鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁-鋅-鎂合金的制備方法，一定程度上打破了國(guó)外對(duì)高強(qiáng)耐蝕可焊Al-Zn-Mg系合金的技術(shù)封鎖，可滿足我國(guó)海洋環(huán)境用輕質(zhì)耐壓殼體等的需求。
具體實(shí)施例方式表1為欲制備的合金組成。表1各實(shí)施例中的合金成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％)
權(quán)利要求
1.一種鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金，其特征是合金質(zhì)量百分比組成為:Zn5. 2 6. 0%, Mg2. 0 3· 1%，ZrO. 15 0. 22%, MnO. 10 0· 20%, CuO. 8 2. 0%, CrO. 18 0. 28%, BeO. 000Γ0. 005%, Ti ( 0. 10%, Fe ( 0. 15%, Si ( 0. 15%，余量為 Al。
2.—種權(quán)利要求1所述鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金的制備方法，其特征是制備方法為鑄錠冶金法，首先將高純鋁加入到石墨坩堝中，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為75(T780°C，待高純鋁熔化后，加入Al- Cr、Al- MruAl- Cu、Al- Zr、Al- Be中間合金，溫度降至68(T70(TC用鐘罩壓入工業(yè)純Mg，熔化后加入工業(yè)純Si，待所有中間合金和金屬熔化后，溫度升至730°C 750°C采用0. 29ΓΟ. 4%的C2Cl6 (壓塊)精煉除氣，扒渣，靜置 10-20分鐘，澆入水冷鐵模中，冷卻后脫模。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金的制備方法，其特征是所述的Al- Cr、Al- Mn、Al- Cu、Al- Zr、Al- Be中間合金，具體組成為Al- Cr 2. 0 3· 0%Cr、Al- Mn :9· 0 11· 0% Mn、Al- Cu :48. 0 52· 0% Cu、Al- Zr :3· 0 3· 5% Zr、Al-Be :2. 0 4· 0% Be。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋯微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金的制備方法，其特征是澆鑄成錠的合金后處理工藝為40(T46(TC 乂17 2處退火，4601 315°C熱軋?zhí)幚恚?然后進(jìn)行固溶處理，固溶處理制度如下升溫至51(T520°C，保溫25飛Omin后，緩慢降溫至 450^4600C，降溫速度為0. 3 0. 8°C /min,保溫3(T40min后冷水淬火，然后ll(Tl20°C X IOh 第1級(jí)時(shí)效，175 185°C X 10 12h第2級(jí)時(shí)效處理。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種微合金化的高純高強(qiáng)耐蝕可焊鋁鋅鎂合金，組成為Zn5.2~6.0%，Mg2.0~3.1%，Zr0.15~0.22%，Mn0.10~0.20%，Cu0.8~2.0%，Cr0.18~0.28%，Be0.0001~0.005%，Ti≤0.10%，F(xiàn)e≤0.15%，Si≤0.15%，余量為Al；制備方法為首先將高純鋁加入到石墨坩堝中，在電阻坩堝爐中熔煉，鋁熔化后加入中間合金，再壓入工業(yè)純Mg，熔化后加入Zn，全熔后升至730℃~750℃精煉除氣，扒渣，靜置后澆入水冷鐵模中，冷卻后脫模、后處理即可。本發(fā)明的合金的抗拉強(qiáng)度為≥525MPa，屈服強(qiáng)度為≥455MPa，抗剝落腐蝕性能不低于EA級(jí)，應(yīng)力腐蝕壽命不小于90d，焊接抗裂性與7A19鋁合金相當(dāng)。
文檔編號(hào)C22F1/053GK102409205SQ20111036353
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉國(guó)元, 王月, 金建新 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所