[发明专利]一种Al-Mg-Zn系合金及其合金板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属及其制备领域，尤其涉及一种高强度可工业化应用的Al-Mg-Zn型合金，及由这种合金制得的板材产品。

发明背景

为了降低动力用燃料和提高大型运载工具的效益，降低结构重量已是一种必然的趋势。高Mg的5×××系铝合金具有良好的抗腐蚀性、成形性、可焊性以及中等强度，是装甲以及船舶减重用板材的最佳选择之一，如H321和H116状态的5×××系铝合金是大型船舶用板材的重要结构材料，H131和H136状态的5×××系铝合金则广泛应用于军用装甲车外板及坦克底板。目前国际上已有的AA5083、AA5383及AA5059等合金在这个领域都取得了相当成功的应用。其中美国铝业协会1999年登记注册的AA5059合金在AA5083合金的基础上大幅提高了合金中Mg、Zn和Cu的含量，在保持延伸率基本不变的前提下，显著提高了合金的屈服强度和抗拉强度，同时保持合金的抗腐蚀性不低于AA5083合金。该合金以其优异的综合性能正逐步占据装甲以及船舶材料领域的市场。

上述三种合金的组成范围分别为：AA5083：Mg含量为4.0至4.9，Mn含量为0.4至1.0，Cr含量为0.05至0.25，Zn含量最高为0.25，Cu含量最高为0.1，Ti含量最高为0.15，Fe含量最高为0.4，Si含量最高为0.4；AA5383：Mg含量为4.0至5.2，Mn含量为0.7至1.0，Cr含量最高为0.25，Zn含量最高为0.4，Cu含量最高为0.2，Ti含量最高为0.15，Fe含量最高为0.25，Si含量最高为0.25，Zr含量最高为0.2；AA5059：Mg含量为5.0至6.0，Mn含量为0.6至1.2，Cr含量最高为0.25，Zn含量为0.4至0.9，Cu含量最高为0.25，Ti含量最高为0.2，Fe含量最高为0.5，Si含量最高为0.45，Zr含量为0.05至0.25。其中AA5059合金也公开在US-6695935-B1、US-6238495-B1、CN-101233252-A和CN-101631882-A专利中。

我们目前已经申请的专利(申请号201410117124.8)在AA5059合金的基础上，进一步微量提高合金中Zn的含量，通过优化合金的加工工艺，进一步提高了合金H131状态的力学性能以及H321状态的力学性能和抗腐蚀性能。该合金不仅可应用于船舶材料领域，同时也可用做装甲板材料等。另一份专利(申请号201410381094.1)在此基础上继续添加Zn含量并且通过优化合金的加工工艺，增大合金的冷轧量，显著提高了合金的强度以及抗晶间腐蚀性能。

本发明基于Al-Zn-Mg(7xxx系)合金脱溶沉淀形成球状GP区→η'→η(MgZn₂)，球状GP区→T'→T(Al₂Mg₃Zn₃),固溶时效处理起析出强化作用的科学思想，提出了5xxx系合金设计的新概念。通过在5xxx系合金中引入大量Zn来降低Mg的相对固溶含量，大量消耗Al-Mg析出相，促使晶内生成大量含Zn复合相，起析出强化作用。调整合金的固溶成分，将不可热处理析出强化的5xxx系合金转化成可时效析出强化型合金，显著提高合金的力学性能。这是本方法与AA5059合金添加少量Zn的本质区别。这样就为研究开发高强度高延伸率的新合金提供了新思路，具有良好的研究和应用前景。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，针对常规Al-Mg系合金时效析出不够理想的特点，开发出一种可以时效析出强化的新型Al-Mg-Zn系合金，显著提高5×××系铝合金的力学性能。

本发明通过相图成分设计和优化首先对Al-Mg-Zn合金的成分范围进行选择，然后通过熔炼铸造等加工工艺制备所设计的合金，并对其冷轧态以及时效析出态进行研究，最终确定具有冷轧态以及时效析出强化态Al-Mg-Zn合金的成分。

本发明的第一目的在于提供一种具有高强度的新型5×××系Al-Mg-Zn合金，其特征在于该合金的化学成分具有质量百分比含量为：4.0～5.7％Mg，2.5～4.0％Zn，0～0.4％Cu，0.4～1.2％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.4％Fe，0～0.4％Si，其余为Al。

优选的，所述铝合金的质量百分比含量为，4.3～5.5％Mg，2.5～3.5％Zn，0～0.2％Cu，0.6～1.0％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.2％Fe，0～0.2％Si，其余为Al。