添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種噴射成形7XXX系鋁合金的制備方法，具體涉及一種添加微量元 素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 7xxx系鋁合金屬于超高強(qiáng)鋁合金，具有比強(qiáng)度高、比硬度高等特點(diǎn)，已經(jīng)聚集廣泛 接受的輕型結(jié)構(gòu)要求高的強(qiáng)度-重量比，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、鐵路及其他民用工業(yè) 領(lǐng)域，是航空航天主要結(jié)構(gòu)材料之一。而噴射成形（Spray Forming)技術(shù)屬于快速凝固技 術(shù)，它的工藝過程就是金屬液流經(jīng)過高壓惰性的氣體被物化成細(xì)小的液態(tài)顆粒，在液態(tài)顆 粒還沒有全部凝固之前，使其沉積到一定形狀的基底上，并讓其快速成形。噴射成形不僅 提高了合金化程度，同時還實現(xiàn)晶粒細(xì)化、偏析減少以及組織均勻，提高了合金的強(qiáng)度和韌 性，相對于普通鑄造生產(chǎn)工藝而言，噴射成形技術(shù)制備的材料晶粒更加細(xì)小均勻，具有良好 的塑性，表現(xiàn)出良好的成形加工性能，因此開發(fā)超高強(qiáng)高韌的新型鋁合金零部件已成為鋁 合金未來發(fā)展的重要方向。
[0003] 采用噴射成形技術(shù)制備7xxx系鋁合金，具有晶粒細(xì)小和組織均勻等特點(diǎn)，在后續(xù) 的成形加工過程中，如熱擠壓工藝，希望成形零件仍然保留噴射態(tài)細(xì)小組織的特點(diǎn)。但噴射 成形7xxx系鋁合金在熱擠壓過程中易出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶過程，繼而出現(xiàn)部分晶粒異常長大 現(xiàn)象，導(dǎo)致成形零件晶粒粗大、組織均勻性變差，降低噴射成形7xxx系鋁合金高強(qiáng)度高塑 性的特性。因此，高性能鋁合金發(fā)展的迫切需要，具有良好熱加工成形性能的7xxx系噴射 成形鋁合金很有現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對噴射成形7XXX鋁合金經(jīng)熱加工后無法保留細(xì)小晶粒組織，在熱擠壓 過程中發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，出現(xiàn)晶粒粗大的現(xiàn)象，提供一種添加微量元素Sc提高噴射成形 7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種添加微量元素Sc提高噴射成 形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法，包括步驟： (1) 將純鋁完全熔化并保溫700~800°C，加入干燥的覆蓋劑覆蓋，加入Zn、Mg、Cu、Er、 Si，之后加入干燥的精煉劑除氣除渣，將鋁合金液澆鑄成預(yù)制錠； (2) 將步驟（1)鋁合金預(yù)制錠熔化后，加入干燥的覆蓋劑，加入Zn、Mg、Sc，再加入精煉 劑除氣除渣精煉，靜置后的鋁合金熔體溫度700~800 °C，經(jīng)過中間包、導(dǎo)流管，通過氣體 霧化噴嘴噴射出鋁合金液，沉積到接收盤上，制備出0228mm含Sc的噴射成形7系鋁合金沉 積錠坯； (3)將步驟（2)鋁合金沉積錠坯進(jìn)行熱擠壓成形工序，擠壓時，沉積錠坯加熱到400~ 480°C，擠壓速率0. 1~0. 5mm/s，擠壓制備出無再結(jié)晶現(xiàn)象的鋁合金零件； (4)將步驟（3)鋁合金零件進(jìn)行固溶時效熱處理，固溶時效后的零件未出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn) 象，保留了噴射態(tài)細(xì)小晶粒。
[0006] 所述步驟（1) 7系鋁合金是精煉而成的且含有0? 1%~0? 5%Zr元素。
[0007]所述步驟（1)中所加入Zn、Mg、Cu、Er、Si的質(zhì)量含量分別為Zn 3. 0%~12.0%，Mg 1. 0%~5. 0%，Cu 1. 5%~3. 5%，Er 0? 1%~0? 5%，Si 0? 1%~0? 5%，以鋁-鉺、鋁-銅、鋅錠 和鎂錠的形式加入。
[0008]所述步驟（2)中所加入Zn、Mg、Sc的質(zhì)量含量分別為Zn 0. 1%~0. 5%，Mg 0. 1%~ 0. 5%，Sc 0. 1%~0. 5%，以鋁-鈧、鋁-鈧、鋁-鋅和鋁-鎂中間合金的形式加入。
[0009]所述步驟（2)中鋁合金沉積錠坯噴射成形的工藝條件分別為：霧化氣體選擇為氮 氣，壓力0. 5~1. OMPa，接收盤采用機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)保證與氣體霧化噴嘴的距離為400~650 _，旋轉(zhuǎn)速度50~80r/min。
[0010]步驟（4)中所述的固溶時效熱處理工藝，固溶溫度460~480°C，固溶時間30~ 60min，時效溫度為120~170°C，時效時間16~24小時。
[0011] 本發(fā)明具有如下有效效果： (1) 本發(fā)明工藝設(shè)計合理，制備的含有微量稀土元素Sc的噴射成形7xxx系鋁合金，晶 粒細(xì)小且均勻，具有良好的熱加工成型性能，在熱擠壓和固溶時效熱處理工藝過程中，均未 出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，仍保留了晶粒細(xì)化、偏析減少以及組織均勻的優(yōu)點(diǎn)； (2) 本發(fā)明工藝運(yùn)用合理的鋁合金冶煉工藝，可有效提高鋁合金的純凈度，采用噴射成 形技術(shù)制備的鋁合金具有組織細(xì)小均勻，有效改善了 7xxx鋁合金的熱加工性能，提高了鋁 合金性能； (3) 本發(fā)明工藝無需改造噴射成形設(shè)備，有效提高了材料的生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明制得擠壓+T6態(tài)的7xxx系鋁合金金相組織，其中（a)添加0.2%Sc， (b)添加 0? 4%Sc，（c)未添加 Sc。
[0013] 圖2為本發(fā)明制得擠壓態(tài)的7xxx系鋁合金宏觀腐蝕圖，其中（a)添加0.2%Sc，（b) 未添加Sc。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明在7XXX系噴射成形鋁合金中添加稀土元素Sc，可以進(jìn)一步優(yōu)化合金的組 織，提高合金的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，因而Sc是非常適合的噴射成形7xxx系鋁合金的稀土添加 元素。本發(fā)明的7xxx系鋁合金采用常規(guī)的噴射成形制備工藝，無需對原有設(shè)備改造，生產(chǎn) 成本低，綜合性能優(yōu)良。
[0015] 實施例1 將純鋁錠放入感應(yīng)電爐中熔化，待純鋁完全熔化后溫度升至720°C保溫，加入干燥的覆 蓋劑覆蓋，防止氧化和氣體吸附，將配比好的Al-Cu中間合金和Al-Si中間合金用鋁箔包住 直接加入到鋁液中，輕輕攪拌，使Al-Cu和Al-Si中間合金熔化并充分?jǐn)U散，然后在720°C左 右將經(jīng)過預(yù)處理的純鋅、純鎂先后壓入到熔池底部，而后700°C左右加入Al-Er中間合金， 待完全熔化升溫至740°C對熔體進(jìn)行精煉，除氣、除渣，靜置5~lOmin于720°C澆鑄為預(yù)制 錠。將上述鋁合金預(yù)制錠重熔，加入覆蓋劑，并加入配比好的Al-Zn、Al-Mg和Al-Sc中間合 金，補(bǔ)償鋅鎂燒損和加入鈧元素調(diào)整成分，進(jìn)行除氣、除渣精煉后，靜置5~lOmin于720°C 經(jīng)過中間包、導(dǎo)流管，通過氣體霧化噴嘴噴射出鋁合金液，沉積到接收盤上，制備出0228mm 含0. 2%Sc的噴射成形7xxx鋁合金沉積錠坯，其中霧化氣體選擇為氮?dú)?，壓?. 7MPa，接收 盤采用機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)保證與氣體霧化噴嘴的距離為500mm，旋轉(zhuǎn)速度60r/min ;噴射成形錯 合金沉積錠坯經(jīng)熱擠壓成形工序制備擠壓管070 X厚6mm，擠壓時，沉積坯加熱到460°C，擠 壓速度0. 2mm/s。經(jīng)熱擠壓后鋁合金進(jìn)行T6處理（固溶+時效)，固溶470°C /I小時，出爐 水冷+時效120°C /24小時，出爐空冷。
[0016] 實施例2-實施例6: 各實施例的添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法與實施例 1基本相同，不同之處見表1。
[0017] 表 1
【主權(quán)項】
1. 一種添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法，其特征在于 包括步驟： (1) 將純鋁完全熔化并保溫700~800°C，加入干燥的覆蓋劑覆蓋，加入Zn、Mg、Cu、Er、 Si,之后加入干燥的精煉劑除氣除渣，將鋁合金液澆鑄成預(yù)制錠； (2) 將步驟（1)鋁合金預(yù)制錠熔化后，加入干燥的覆蓋劑，加入Zn、Mg、Sc,再加入精煉 劑除氣除渣精煉，靜置后的鋁合金熔體溫度700~800 °C，經(jīng)過中間包、導(dǎo)流管，通過氣體 霧化噴嘴噴射出鋁合金液，沉積到接收盤上，制備出0228mm含Sc的噴射成形7系鋁合金沉 積錠坯； (3) 將步驟（2)鋁合金沉積錠坯進(jìn)行熱擠壓成形工序，擠壓時，沉積錠坯加熱到400~ 480°C，擠壓速率0. 1~0. 5mm/s，擠壓制備出無再結(jié)晶現(xiàn)象的鋁合金零件； (4) 將步驟（3)鋁合金零件進(jìn)行固溶時效熱處理，固溶時效后的零件未出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn) 象，保留了噴射態(tài)細(xì)小晶粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的 方法，其特征在于：所述步驟（1) 7系鋁合金預(yù)制錠是精煉而成的且含有0. 1%~0. 5%Zr元 素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度 的方法，其特征在于：所述步驟（1)中所加入211、1%、&1』1'、51的質(zhì)量含量占合金的總質(zhì)量 分別為Zn3. 0% ~12. 0%，Mg1. 0% ~5. 0%，Cu1. 5% ~3. 5%，Er0? 1% ~0? 5%，Si0? 1% ~ 0. 5%，以鋁-鉺、鋁-銅、鋅錠和鎂錠的形式加入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度 的方法，其特征在于：所述步驟（2)中所加入Zn、Mg、Sc的質(zhì)量含量分別占合金總質(zhì)量為Zn 0. 1%~0. 5%，Mg0. 1%~0. 5%，Sc0. 1%~0. 5%，以鋁-鈧、鋁-鋅和鋁-鎂中間合金的形 式加入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的 方法，其特征在于：所述步驟（2)中鋁合金沉積錠坯噴射成形的工藝條件分別為：霧化氣體 選擇為氮?dú)?，壓力? 5~I.OMPa，接收盤采用機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)保證與氣體霧化噴嘴的距離為 400 ~650mm，旋轉(zhuǎn)速度 50 ~80r/min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的 方法，其特征在于：步驟（4)中所述的固溶時效熱處理工藝，固溶溫度460~480°C，固溶時 間30~60min，時效溫度為120~170°C，時效時間16~24小時。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種添加微量元素Sc提高噴射成形7xxx系鋁合金再結(jié)晶溫度的方法，在保護(hù)氣體的氛圍下，通過噴射成形技術(shù)制備含微量元素Sc的7xxx系鋁合金沉積錠坯。將含微量元素Sc的7xxx系鋁合金沉積錠坯放入具有一定內(nèi)腔形狀的熱擠壓模具中加熱，進(jìn)行致密化熱擠壓，得到與熱擠壓模具的內(nèi)腔形狀相對應(yīng)的鋁合金零件。本發(fā)明的方法避免了噴射成形7xxx系鋁合金在熱加工和熱處理過程中易出現(xiàn)的再結(jié)晶現(xiàn)象，有效降低了細(xì)小晶粒粗大化的傾向，并且工藝過程簡單。
【IPC分類】C22C1-02, C22F1-053, C22C21-10, C22C1-06, B22F3-115
【公開號】CN104694802
【申請?zhí)枴緾N201510086205
【發(fā)明人】王洪金, 李小平, 孫順平, 于赟, 易智飛
【申請人】江蘇理工學(xué)院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月17日