[发明专利]含钪的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钪的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金及其制备方法，属于有色金属材料技术领域。

背景技术

7系铝合金包括Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系合金,都具有密度低、加工性能好及焊接性能优良等优点。在航空航天工业、车辆、建筑、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛应用。7系铝合金中由于含有Zn和Mg元素，一般通过时效处理对其进行强化。铝合金时效时常见的析出序列为：α过饱和固溶体－GP区－η'相－η相，即首先形成过饱和固溶体，然后溶质原子继续富集形成GP区，再形成不稳定的金属化合物η'相，最后不稳定的η'相转化为稳定的η相。

但随着科学技术的日新月异，对材料的综合性能提出了更高的要求。为了进一步提升铝合金的综合性能，向合金材料中添加过渡元素以及稀土元素成为目前金属材料设计与制备的常用方法。研究者们发现向铝合金中添加Sc和Zr可以显著提高材料的强度、断裂韧性以及抗应力腐蚀性。这是由于加入Sc和Zr后可以在基体中形成Al₃(Zr,Sc)粒子：初生的Al₃(Zr,Sc)粒子可以显著细化铸态组织，消除枝晶与偏析；次生的Al₃(Zr,Sc)粒子直径一般在10-20nm左右，可以强烈钉扎位错，抑制再结晶，同时有弥散强化的作用。此外，次生Al₃(Zr,Sc)粒子可以作为时效析出相的形核位点从而加强了材料的时效作用。

Wu（Metallurgical and Materials Transactions A 30（1999）1017-2024）研究了Sc的加入对7系合金力学性能的影响，结果表明当加入Sc后，材料的抗拉强度从672MPa提高到了715MPa，但延伸率偏低只有5%；Deng（Journal of Alloys and Compounds 517 （2012） 118-126）研究了含Sc的新型7系合金，在经过470℃/12h均匀化退火、420℃热轧、470℃/1h固溶、120℃/24h时效处理后，材料抗拉强度达到555MPa，延伸率达到12.3%；（Journal of Alloys and Compounds 530 (2012) 71-80）并研究了Sc与Zr的复合添加对7系合金的影响，当加入0.25 wt%Sc以及0.1 wt%Zr时，材料的抗拉强度提高了96MPa，延伸率扔可保持在12%以上。

综合关于含Sc铝合金的文献资料发现，含Sc的7系铝合金抗拉强度与屈服强度一般低于700MPa，而延伸率一般低于10%。这就要求开发新型的超高强高韧的铝合金，以满足现代生产制造业的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含钪的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金及制备方法。该含钪的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金既具有高强度又具有高延伸率，其制备方法过程简单。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种含钪的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金，其特征在于，该合金是由下列合金元素及其质量百分含量组成：锌：7.0~9.0%；镁：1.5~3.0%；铜：0.5~1.5%；钪：0.1~0.4%；锆：0.1~0.4%；余量为铝。

上述成分的含钪的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的制备方法，其特征在于包括以下过程：

（1）以质量分数大于99.9wt.%的铝锭、质量分数大于99.9wt.%的锌锭、质量分数大于99.9wt.%的镁锭、质量分数大于99.9wt.%的铜锭、Al-2wt.%Sc和Al-5wt.%Zr中间合金锭为熔炼原料，按铝锭、锌锭、镁锭、铜锭、Al-2wt.%Sc中间合金锭和Al-5wt.%Zr中间合金锭的质量比为（0.65~0.76）：（0.07~0.09）：（0.03~0.04）：（0.003~0.004）：（0.10~0.20）：（0.04~0.08），采用电磁感应熔炼方法熔炼合金，熔炼温度控制在680~720℃，并在真空气氛环境下浇铸成铸锭；

（2）将步骤（1）得到的铸锭车削加工成直径30mm高400mm的棒料；

（3）将步骤（2）中制得的棒料置于箱式炉中在温度为465~475℃下进行均匀化处理8~15h；

（4）将均匀化处理后的棒料加工成直径20mm高20mm的小块，在温度450℃下保温1h，挤压成直径为5mm的棒材，自然冷却至室温；