[发明专利]具有高强度、高韧性、低成本的高Zn含量变形Al‑Zn合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高强度、高韧性、低成本的高Zn含量变形Al-Zn合金及其制备方法。

背景技术

变形铝合金因其高比强度、高韧性、优异耐腐蚀性能等优异力学或物理性能而被广泛应用于航空、航天、轨道交通、国防等领域。目前，人们已经开发出Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Si-Mg、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn-Mg等多个牌号的商用铝合金。

尽管上述合金在工程领域上已经得到了广泛的应用，但传统的商用铝合金加工工艺极为复杂，并且对生产工艺具有严格的控制要求。否则在熔铸过程中极易发生热裂，导致熔铸失败。因此传统商用铝合金普遍具有较高加工的成本特点。

寻求新合金体系，使其具有优异力学性能的同时，还具有较低的生产成本具有重要的工程意义。近年来，人们发现高Zn含量的Al-Zn二元体系合金具有弹性模量高、耐磨损性高及超高强度的优点。廉价的Zn还可大幅降低高Zn含量Al合金的生产成本。同时，从Al-Zn二元相图可知，该合金还具有较低的液相线，因此在熔铸该合金的过程中可降低加热温度，进而减少能耗。进一步降低合金成本。因此高Zn含量铝合金有高强度、高韧性以及低成本特点。但是，到目前为止，还未出现关于高Zn含量变形合金的应用报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高强度、高韧性以及低成本的高Zn含量变形铝合金及其制备方法。本发明主要是利用工业纯铝、工业纯锌作为原料，借助于熔炼、铸造、热处理、轧制变形手段，可得到具有优异力学性能的变形铝合金。

本发明的技术方案如下：

一、本发明的铝合金中Zn的重量百分比含量为20-35%,合金平均晶粒尺寸为3μm左右。

二、上述Al-Zn合金的制备方法：

1、原材料：工业纯铝块和工业纯锌丝。

2、铸造Al-Zn合金：将200g工业纯铝块在电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。待铝完全融化后，将50-108g工业纯锌丝沉入熔池，降低炉内温度至700-730℃，保温20分钟后，进行浇注，铸型为石墨铸型，制备出锌重量百分比含量为20-35%的Al-Zn合金。

3、Al-Zn合金固溶处理：将步骤(2)所得铸造态Al-Zn合金在400℃-475℃环境下保温1-5小时后，进行水冷处理。

4、Al-Zn合金轧制变形：将步骤(3)所得固溶后的Al-Zn合金进行多道次的轧制变形，变形温度为室温-400℃，总变形量为50%-90%。

本发明与现有市面商用铝合金相比具有如下优点：1）本发明的铝合金强度适中，最大抗拉强度为370-450MPa、2）塑性适中，最大延伸率为5%-13%、3）生产成本更加低廉，仅需要固溶和轧制变形处理，且固溶温度较低，时间较短。

附图说明

图1为本发明实施例1获得的变形Al-Zn合金的金相图。

具体实施方式：

实施例1:

（1）将200g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产)放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。铝锭完全融化后，加入108g纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）。同时将炉内温度降低至700℃，保温20分钟后，进行浇注，铸型为石墨铸型，得到铸造态Al-35%Zn合金。

（2）对步骤(1)所得铸造态Al-35%Zn合金在400℃环境下保温5小时后，进行水冷处理。得到固溶态Al-35%Zn合金。

（3）对步骤(2)所得固溶态Al-35%Zn合金进行400℃热轧，单道次变形量为5%，热轧总变形量为90%。

实施例2:

（1）将200g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产)放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。铝锭完全融化后，加入108g纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）。同时将炉内温度降低至720℃，保温20分钟后，进行浇注，坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境，得到铸造态Al-35%Zn合金。

（2）对步骤(1)所得铸造态Al-35%Zn合金在430℃环境下保温3小时后，进行水冷处理。得到固溶态Al-35%Zn合金。

（3）对步骤（2）所得固溶态Al-35%Zn合金进行400℃热轧，单道次变形量为5%，热轧总变形量为50%。对热轧后的Al-35%Zn合金再进行单道次变形量为5%的冷轧，冷轧总变形量为80%。

实施例3: