[发明专利]一种高强度铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度铝合金及其制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金，具有高的抗拉强度和屈强比，广泛应用于航空航天领域，成为该领域重要的结构材料。随着我国大飞机、高速列车的发展，特别是飞机机翼、列车车厢等大型结构件整体制造技术的发展，对铝合金材料的强度要求也越来越高。

晶粒细化、减少偏析是控制材料组织，改善材料性能的一个重要手段。

传统的铸造法制备Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，由于合金冷却凝固速度慢，一般不超过10℃/秒，当主合金元素含量超过一定界限时，铝合金铸锭中元素固溶度会受到很大的限制，容易形成粗大的析出相，恶化铝合金的性能。另外，随着主合金元素含量的提高，铝合金的结晶温度范围也越宽，铸锭容易出现成分宏观偏析和热裂，进而会严重影响铝合金铸锭的后续塑性加工性能。因此，采用传统铸锭方法制备Al-Zn-Mg-Cu系铝合金时，Zn、Mg、Cu主合金化元素的总含量一般不超过13%，这也直接导致这类铝合金的抗拉强度长期徘徊在500~600MPa。

本发明要求保护的铝合金经过喷射沉积技术和连续挤压技术在一步工序内完成加工，共同具有喷射沉积产品的优点和连续挤压产品的优点。

发明内容

本法的目的在于提供一种高强度铝合金，其成分及质量百分比为:Zn:5.1~6.1%，Mg:2.1~2.9%，Cu:1.2~2.0%，Cr：0.18~0.28%，Si：0.2~0.4%，Fe：0.2~0.5%，Zr：0.2~0.3%，其余为Al和不可避免的杂质。

本发明的另一目的在于提供一种高强度铝合金的制备方法，该方法集喷射沉积与连续挤压为一体，能够连续加工，具体包括以下步骤：

（1）加热熔化工业纯铝锭并升温至780~800℃，然后加入工业纯Zn、Mg、Cr、Fe、Zr以及Al-Cu和Al-Si中间合金，精炼除渣后得到铝合金熔液；

（2）将铝合金熔液转移到石墨漏斗（内径为3mm）中保温（780~800℃），在惰性气体保护下将铝合金熔液雾化，通过约束装置将雾化熔滴约束沉积到连续挤压机的挤压轮轮槽中，形成沉积坯；

（3）挤压轮旋转，将沉积坯带入模腔，其中，挤压轮的转速为3~10rpm；

（4）沉积坯在轮槽、挤压筒和挤压腔内被致密化后，在继续受到挤压力的作用下沉积坯经过模具成形得到铝合金，其中，模具的预热温度为350~380℃，模具定径带的截面形状及尺寸即为最终产品的截面形状及尺寸；

（5）将挤出的铝合金在450~460℃保温1~2h，随后立即在470~475℃保温1~2h，然后淬火；

（6）将淬火后的铝合金在120~130℃保温10~24h，立刻进行在180~210℃保温5~10min，然后立刻进行在120~130℃保温10~24h得到最终产品。

优选的，本发明步骤（2）中雾化压力为0.2~0.5MPa。

优选的，本发明所述石墨漏斗嘴距离挤压轮轮槽底的距离为250mm，挤压轮轮槽充当喷射沉积的沉积基底作用，挤压轮用循环冷却液冷却。

本发明所述挤压轮用循环冷却液冷却。

本发明步骤（5）、（6）中从一个温度段保温到另一个温度段保温，中间没有时间间隔，均为立刻进行。

本发明公开的加工方法不仅限于此成分的铝合金，也可用于合金元素含量超过13%的其他类型铝合金。

本发明的有益效果：

（1）在组织方面，由于坯料受到与ECAP过程同样的剧烈剪切作用与挤压作用，使坯料的晶粒细小，组织致密，第二相碎化，且分布均匀。对于一些再结晶温度较低的金属来说，也容易得到等轴的再结晶组织。

（2）性能决定于组织，由于此模腔可模拟ECAP的过程，获得优异的组织，故可得到优异的机械性能；细小的晶粒，致密的组织，均匀分布的细小的第二相均可提高材料的强度和硬度，同时增加材料的塑性；均匀分布的合金元素对提高材料的抗应力腐蚀性能大有帮助。

附图说明

图1为本发明实施例所用装置结构示意图；

图中：1-石墨漏斗；2-约束装置；3-电机；4-压紧轮；5-挤压轮；6-模腔；7-挤压靴；8-液压缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。