專利名稱：鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法
技術領域：
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耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法。
背景技術：
目前一些現(xiàn)代海洋結構件，需要使用7000系高強耐蝕可焊鋁合金。而我國目前只有中等強度的耐蝕可焊7000系鋁合金，不能滿足一些現(xiàn)代海洋結構件的使用需求。7000系鋁合金是一些海洋結構件用關鍵結構材料。美國已將高強耐蝕可焊7000系鋁合金用于現(xiàn)代海洋結構件，其合金抗拉強度為525MPa以上，屈服強度為455MPa以上。但是，到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產(chǎn)權的海洋結構件用高強耐蝕可焊7000系鋁合金，這一定程度上制約了我國一些海洋結構件的發(fā)展。專利CN 101838761 A中的7000系鋁合金，其&i/Mg比、Cu/Mg比高，具有高的強度、硬度和好的抗剝落腐蝕性能，但其焊接性能及抗應力腐蝕性能等不能滿足現(xiàn)代海洋結構件的使用需求。目前我國一些對強度要求不高的海洋結構件主要使用的是7000系的中強耐蝕可焊7A19變形鋁合金，該合金抗拉強度為380MPa以上，屈服強度為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。我國的 7Α19 鋁合金在一些對強度要求不高的海洋結構件上的應用效果很好，但其強度偏低，不能滿足一些高強度海洋結構件的使用需求。因此本發(fā)明以7000系合金成分為基礎，結合我國7Α19鋁合金的成分特點和制備方法，發(fā)明一種鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁-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效效應。Si和Mg不僅可決定強化相的種類和數(shù)量，而且可決定合金的自淬火性、 熱處理強化效果、應力腐蝕抗力、工藝性能、焊接性能。因此必須根據(jù)技術要求和用途來確定合適的Zn、Mg含量。一般來說Al-Si-Mg合金的強度隨&i+Mg含量的增加而升高，但會降低合金的應力腐蝕抗力。為了使合金具有高的強度和優(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，具體來說5. 2飛.0%Zn, 2. (Γ3. 1% Mg較為合適。由于Al-Si-Mg合金的應力腐蝕和焊接熱裂敏感性較高，故必須加入少量Zr、Mn、 Cr來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固溶體分解的動力學，但它們對Al_Zn_Mg 合金的時效強化影響很小。它們在結晶時均固溶于α，而在鑄錠均勻化處理的過程中，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&在熔鑄過程中增加非自發(fā)晶核而明顯細化晶粒。同時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，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程中的再結晶，保持材料的纖維組織，從而提高了抗應力腐蝕性能，即ττ除了可顯著提高合金的再結晶溫度外，在鑄造和焊接時可強烈細化晶粒，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晶溫度。但&、Mn、Cr含量過高會變成粗大化合物。要使它們既不形成粗大化合物，又能細化晶粒提高應力腐蝕抗力等，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，隨Cu含量增加，可提高合金強度等。Ti可細化Al-Zn-Mg合金鑄鈦的晶粒和改善可焊性。但Ti會加劇Al-Si-Mg合金剝落腐蝕，因此Ti含量不能過高，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，對合金的強度性能、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)明所要解決的技術問題是提供一種鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁鋅鎂合金及制備方法，針對目前我國的7000系鋁合金存在的高強度與高抗腐蝕性能、高可焊接性能很難兼顧的問題，結合新型7000系鋁合金和7Α19鋁合金的成分特點，通過添加微量元素鋯來改善7000系鋁合金綜合性能，以滿足我國一些高強度現(xiàn)代海洋結構件對525MPa級的高強耐蝕可焊鋁-鋅-鎂系鋁合金的使用要求。為了實現(xiàn)解決上述技術問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術方案
本發(fā)明的一種鋯微合金化的高純高強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級時效，175 1851 X 10 1濁第2級時效處理。這些技術方案也可以互相組合或者結合，從而達到更好的技術效果。通過采用上述技術方案，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度和高抗腐蝕性能、高焊接性能的高純高強耐蝕可焊鋁-鋅-鎂合金。(2)本發(fā)明鋁合金的抗拉強度為彡525MPa，屈服強度為彡455MPa，按國軍標 GJB1536-1992附錄C (Al-Si-Mg系合金剝落腐蝕試驗方法)其抗剝落腐蝕性能不低于EA 級。按國軍標GJB1536-1992附錄B (拉伸應力腐蝕試驗方法)其應力腐蝕壽命不小于90d。 合金焊接抗裂性與7A19鋁合金相當。(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)明公開了一種鋯微合金化的高純高強耐蝕可焊鋁-鋅-鎂合金的制備方法，一定程度上打破了國外對高強耐蝕可焊Al-Zn-Mg系合金的技術封鎖，可滿足我國海洋環(huán)境用輕質(zhì)耐壓殼體等的需求。
具體實施例方式表1為欲制備的合金組成。表1各實施例中的合金成分(質(zhì)量百分數(shù)，％)
權利要求
1.一種鋯微合金化的高純高強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.—種權利要求1所述鋯微合金化的高純高強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)權利要求2所述鋯微合金化的高純高強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)權利要求2所述鋯微合金化的高純高強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級時效，175 185°C X 10 12h第2級時效處理。
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)明的合金的抗拉強度為≥525MPa，屈服強度為≥455MPa，抗剝落腐蝕性能不低于EA級，應力腐蝕壽命不小于90d，焊接抗裂性與7A19鋁合金相當。
文檔編號C22F1/053GK102409205SQ20111036353
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者劉國元, 王月, 金建新 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所