[发明专利]一种高强韧挤压铸造Al-Zn系合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金材料，具体是指一种力学性能优异的高强韧挤压铸造Al-Zn系合金材料。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，汽车工业、轨道交通、航空、航天等工业对装备的轻量化和高性能化提出了更高的要求。因此，铝合金作为实现零件轻量化发展的重要材料，应用范围越来越广，对性能的要求也越来越高。其中铸造铝合金的应用倍受关注。

通过优化合金成分和选择合适的成形工艺是提升铝合金材料性能的重要途径。目前，在高强韧铸造铝合金材料的研制中，研究得比较深入、应用也比较成熟的是Al-Cu系铸造铝合金，国内外比较典型的合金牌号有法国的A-U5GT合金、美国铝协会的A201.0和206.0合金及我国的ZL205A合金。这些合金虽然强度较高，但还存在着以下不足：

(1)塑性较差，无法承受大的冲击载荷。铸造性能较差，铸造过程中合金的热裂倾向大、流动性较差、补缩困难，因此一般采用砂型铸造工艺，大大限制了合金的使用范围及材料性能潜力的发挥。

(2)为了获得良好的性能，对杂质元素的含量必须进行严格控制，如A-U5GT合金和A201.0要求铁控制在0.1％以下，硅控制在0.05％以下；206.0合金要求铁控制在0.15％以下，如果用于航空装备中的结构件，杂质铁甚至要低于0.07％以下；ZL205A合金要求铁控制在0.15％以下，硅控制在0.06％以下。

(3)为了获得良好的性能，还需要在这些合金中添加一些贵重合金元素，如美国铝协会牌号201.0合金(AlCu4AgMgMn)含有0.40～1.00％的银，国标ZL205A合金中含有镉等贵金属，导致这些合金材料的成本较高，无法大规模应用于日常生产。

含有较多合金元素的Al-Zn系合金，属于变形铝合金的一种，经相应热处理后可以获得很高的抗拉强度，但该合金在未经后续塑性变形处理时，塑性不佳，大大限制了其应用。

挤压铸造是一种结合了铸造和锻造特点的成形工艺，可获得晶粒细小、组织致密度高、力学性能优良的铸件。具有广泛的适用性、技术上的先进性和经济上的低成本，是一种获得高性能铸件的高效液态成形技术。然而，利用挤压铸造成形工艺，通过多合金元素的优化及添加钛、硼、锆、稀土等微量元素获得高强韧的Al-Zn系合金，迄今未见文献记载。

发明内容

本发明的目的在于针对现有挤压铸造铝合金的不足，通过优化合金成分设计和采用挤压铸造工艺开发出一种综合力学性能优良且铸造成形性好的高强韧挤压铸造Al-Zn系合金材料。从而经济高效地推动铸造铝合金零件的高性能化和轻量化发展。

本发明的目的可以通过如下措施来实现：

一种高强韧挤压铸造Al-Zn系合金材料，其特征在于：采用挤压铸造技术，其挤压比压为25～75Mpa，并采用固溶处理+人工时效工艺制备的高强韧挤压铸造Al-Zn系合金；其主要成分及其质量百分比含量为：锌6.50～7.50％，镁2.00～3.00％，铜1.80～2.20％，微量合金强化元素0.22～0.60％，其余为铝和不可避免的杂质；所述微量合金强化元素为钛、硼、锆、混合稀土，其成分及其质量百分比含量为：钛0.10～0.20％，硼0.02～0.05％，锆0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％。

所述挤压铸造的挤压比压不低于50MPa。

所述不可避免的杂质元素铁控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。

该合金与国内外同类合金相比，具有以下优点：

1、本发明通过优化合金成分设计和采用挤压铸造工艺开发出一种综合力学性能优良且铸造成形性好的高强韧挤压铸造Al-Zn系合金材料。该合金材料同时具有较高的强度、良好的塑性和流动性能，在相同的浇注条件下，其流动性能要优于Al-Si-Cu合金。在挤压比压为75MPa，淬火+人工时效热处理条件下，本发明实施例1、2、3获得的合金材料的力学性能分别如表1、2、3所述，相对于高强度的铝铜系铸造铝合金，具有更优异的强度和塑性组合，因此可用于制造具有轻量化和减重要求的，诸如飞机机翼、转向节、连杆等结构件，在汽车、交通、航空、航天等领域中有着广阔的应用前景。