[发明专利]一种微量添加Er、Zr的Al‑Zn‑Mg‑Cu合金及制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种微量添加Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金及制备工艺，属于有色金属合金材料技术领域。

技术背景

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金具有密度低，高比强度及热加工性和耐腐蚀性能较好等特点，已广泛应用于航空航天、船舶工业、交通运输等领域，成为主要结构材料之一。现代工业的飞速发展，对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。而Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要通过调整合金元素含量及热处理工艺来对材料的微观组织进行调控，以此来提高合金的综合性能，由于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金合金化程度较高，在凝固过程中会形成严重的枝晶偏析，晶内和晶界成分不均匀性也比较显著，这对后续的热加工过程会造成不利的影响，所以在热加工以前铸锭必须要经过适宜的均匀化处理。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微量添加Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金及适用于该合金的双级均匀化、热挤压工艺及双级时效工艺来实现高强度和良好的耐蚀性。本发明提出的Al-Zn-Mg-Cu合金组分为：Zn 5.6～6.6wt.％、Mg 1.8～2.6wt.％、Cu 1.0～1.6wt.％、Mn 0.08～0.12wt.％、Er 0.08～0.12wt.％、Zr 0.08～0.12wt.％，余量为Al及不可避免的杂质；优选成份为：5.6wt.％Zn、2.1wt.％Mg、1.2wt.％Cu、0.1wt.％Mn、0.1wt.％Er、0.1wt.％Zr，余量为Al及不可避免的杂质，如Fe、Si等。所提供的双级均匀化工艺通过调整均匀化处理的温度和时间，调控合金弥散粒子的析出，控制晶界上非平衡相的数量，使合金组织有利于后续的热挤压过程。所提供的热挤压工艺能够保证合金在热挤压过程中无开裂等形变缺陷。所提供的双级时效工艺通过调整第二级时效的温度和时间，使得合金在具有较高强度的同时也具有良好的耐剥落腐蚀性能。

本发明所提出的适用于一种微量添加Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对上述合金组分的微量添加Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金铸锭进行双级均匀化处理，第一级为400℃保温10h，第二级为465℃保温24h，处理完成后空冷。

(2)、对步骤(1)所获得的合金在400℃下进行热挤压，挤压比为15:1，挤压完成后空冷。

(3)、对步骤(2)所获得的挤压件进行470℃/2h的固溶处理，然后置于室温水中淬火。

(4)、对步骤(3)所获得的合金进行双级时效处理，步骤如下：

A、第一级时效：105℃时效5h；

B、第二级时效：150℃时效12～48h或160℃时效10～48h或170℃时效8～48h。

本发明所提供的双级均匀化工艺的第一级是将合金置于400℃下加热保温，有利于Al₃(ErZr)粒子的弥散析出，第二级465℃保温24h能够基本消除合金晶界上的非平衡相；热挤压工艺能够保证合金无开裂等缺陷；双级时效能够使合金晶内析出数量众多且细小的纳米级第二相，晶界析出相形成断续分布，在保证一定强度的同时提高合金的耐剥落腐蚀性能。

对添加了微量元素Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金来说，均匀化必须达到以下两个效果：1)消除成分偏析；2)析出细小弥散的Al₃(ErZr)粒子。合金在经过均匀化处理之后，再经过热加工，而后经过固溶时效即可得到性能优异的Al-Zn-Mg-Cu合金成品。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要通过时效处理提高合金的综合性能。其时效处理主要通过对晶内、晶界析出相的大小、数量和分布的调节可以控制合金的强度、韧性以及耐蚀性，从而提高合金的综合性能。本发明即是向Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中添加微量的Er、Zr，通过双级均匀化处理、热挤压以及双级时效来制备合金，使合金在具有较高强度的同时也具有良好的耐蚀性。

附图说明

图1为本发明实施例合金400℃/10h+465℃/24h双级均匀化的显微图像：(a)晶界非平衡相的SEM背散射电子像；(b)Al₃(ErZr)粒子的TEM明场像；

图2为本发明实施例合金400℃/10h均匀化后的显微组织：(a)晶界非平衡相的SEM背散射电子像；(b)Al₃(ErZr)粒子的TEM明场像；