[发明专利]一种高性能变形铝合金及制造方法

说明书

本发明公开了一种高性能变形铝合金及制造方法，主要涉及铝合金领域。使用组分包含有5.0‑7.5wt.％Zn，2.0‑3.5wt.％Mg，1.0‑2.5wt.％Ag，0.3‑0.6wt.％Sc，0.6‑0.8wt.％Zr，杂质元素总量小于0.02wt.％，以及余量为Al的铝合金铸锭，经过及挤压工艺制得。本发明的有益效果在于：该铝合金具有优异的超强度、延伸率等力学性能。

技术领域

本发明涉及铝合金领域，具体是一种超高强度变形稀土铝合金及制造方法。

背景技术

节能减排是目前世界发展的重要主题，轻量化是实现汽车节能减排的重要途径，也是当今世界汽车创新工程的技术发展方向。汽车所有能耗的60％来自于自重，重量每减少10％，能耗可降低10％～15％，燃油汽车燃油效率可提升6％～8％，电动汽车电量可节省4％～5％。相比于传统钢铁材料，铝合金具有密度小(约为钢的1/3)、质量轻、成形加工性能优良、耐腐蚀性能好、易于回收再利用、在发生碰撞时会比钢铁材料吸收更多的碰撞能量等优点，在汽车上使用铝合金来替代钢铁材料，成为实现汽车轻量化的有效途径。副车架是汽车底盘悬挂系统中的关键部件，单件钢制副车架重量通常为10～25kg，采用铝制副车架能减重30％～50％，轻量化效果显著。如凯迪拉克CTS采用的铝合金副车架，相比较传统的钢制副车架重量减少约40％。2019年北美汽车工业协会报告指出，铝合金在副车架上的应用在未来几年内将会大幅提升

作为一种新型的轻质结构材料，具有高强度，高韧性，良好的耐腐蚀性和上升焊接性能的Al-Zn-Mg合金被广泛应用于航空航天领域。Sc是改善铝合金性能的最有效的合金元素之一。有研究表明，少量的Sc或Sc和Zr的添加可以改变合金的显微组织并显着改善合金的性能。当Sc和Zr都用于Al-Zn-Mg合金中时，会出现Al₃(Sc,Zr)析出物。这些析出物是比Al₃Sc或Al₃Zr更有效的重结晶抑制剂，在Al-Zn-Mg合金中，Al₃(Sc,Zr)的分布比Al₃Zr更均匀。研究了Sc和Zr元素对Al-Zn-Mg合金铸锭组织的细化作用。结果表明，添加Sc和Zr可以改变Al-Zn-Mg合金铸锭的组织，从而提高抗拉强度和延伸率。Sc含量对Al-Sc-Zr合金中析出物的形成和抗再结晶性的影响。结果表明，随着Sc含量的增加，析出物的平均半径减小，析出物的数密度增加，重结晶温度显着升高。尽管Sc的高价格对于含Sc铝合金的广泛商业应用是禁止的。关于中度Sc和Zr的超高强度Al-Zn-Mg合金降低成本的报道很少。

将不同含量的Sc和恒定的Zr含量添加到Al-Zn-Mg合金中，以研究其对显微组织和力学性能的影响，并研究不同含量的Sc添加到合金中的影响。旨在平衡含Sc和Zr的超高强度铝合金的高性能和低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度变形稀土铝合金及制造方法，该铝合金具有优异的超强度、延伸率等力学性能。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种超高强度变形稀土铝合金，使用组分包含有5.0-7.5wt.％Zn，2.0-3.5wt.％Mg，1.0-2.5wt.％Ag，0.3-0.6wt.％Sc，0.6-0.8wt.％Zr，杂质元素总量小于0.02wt.％，以及余量为Al的铝合金铸锭，经过及挤压工艺制得。

优选的，所述铝合金铸锭的制造方法为熔炼法，包括以下步骤：

将纯铝、纯锌、纯镁、Al-20Ag中间合金、Al-25Sc中间合金放入炉中，惰性气体保护下，在720-755℃熔化并保温20-30min；

加入Al-25Zr中间合金，720-755℃保温0.5-2h；

降温至660-690℃，静置10-15min，得铝合金铸锭。

优选的，所述挤压工艺包括以下步骤：