[发明专利]综合性能优异高强度Al-Zn-Mg合金及其制备方法

说明书

一种综合性能优异高强度Al‑Zn‑Mg合金及其制备方法，属于有色金属材料及其制备领域。以质量分数计，该Al‑Zn‑Mg合金包括如下组分组成：5.5％≤Zn≤7.9％，1.2％≤Mg≤2.5％，0＜Cu≤0.6％，0.05％≤Zr≤0.25％，0.05％≤Cr≤0.3％，0.05％≤Mn≤0.5％，0.02％≤Ti≤0.10％，余量为Al及其他不可避免的杂质，且Zn和Mg的质量百分数含量比值为3.4≤Zn/Mg≤5.3。同时，还公开了其制备方法：熔铸‑均匀化工艺‑挤压‑固溶及时效工艺。该方法通过优化调控主合金元素与微合金元素的含量配比，结合制备方法，制备出具有优良的力学性能、腐蚀性能和焊接性能的Al‑Zn‑Mg合金，具有制备方法简单，成品率高，能耗小，污染小等优点。

技术领域

本发明涉及有色金属及其制备技术领域，具体涉及一种综合性能优异高强度Al-Zn-Mg合金及其制备方法，该产品表现出优异的力学性能、腐蚀性能和焊接性能，适合用作汽车、铁路车辆和飞机等运输设备的结构材料。

背景技术

Al-Zn-Mg系合金是可热处理强化铝合金，因其具有较低的密度，较高的力学性能、耐腐蚀性能和焊接性能，广泛应用于高铁、汽车和航空航天领域。Al-Zn-Mg系合金中Cu、Zr、Cr、Mn等元素是合金主要微合金元素。Cu元素一方面可以降低Al-Zn-Mg系合金晶界的电位，改善抗应力腐蚀性能，另一方面Cu元素有利于提高合金的力学性能。但是当Cu含量大于0.4wt.％时合金的腐蚀性能下降。微合金元素Zr、Cr、Mn通过与Al结合，形成微小化合物相，可以抑制再结晶得到纤维状组织和控制淬火敏感性。Zr、Cr、Mn元素作为微合金元素可以一同添加，也可以单独添加。Zr作为首选合金元素，其最大值不应超过0.2wt.％。Cr元素含量应小于0.3wt.％，当Cr含量较多时，合金中会形成粗大的晶间难溶相，导致合金的力学性能下降。虽然Cr作为抑制再结晶元素的效果不如Zr元素，但是单独或者综合添加Cr元素也会起到抑制再结晶的作用。Mn元素最大添加量为0.8wt.％，Mn最佳添加量为0.05-0.4wt.％，当Mn与Zr结合时，Mn+Zr含量应小于0.4wt.％。Fe和Si元素作为Al-Zn-Mg系合金不可避免的杂质，可以与Al结合形成Al-Fe-Si系化合物相，由于该化合物相在合金受力过程中容易成为裂纹起点，所以应该严格控制Al-Zn-Mg系合金中Fe和Si的含量，其中Fe含量应小于0.2wt.％，Si含量应小于0.1wt.％。

通常情况下，Al-Zn-Mg系合金的强度或耐蚀性能的提高可以通过变形方式和热处理工艺实现，但是强度或耐腐蚀性能难以兼顾，一种性能的提高需要牺牲另一种性能为代价。此外，在生产Al-Zn-Mg系合金过程中微量Cu可以有效提高合金的强度，但Cu元素会严重影响合金的焊接性能。

Al-Zn-Mg系合金中主元素的配比和微量元素的种类、含量和配比严重影响性能。合金成分的优化设计是开发高性能Al-Zn-Mg系合金的重要方式。因此，如何通过调配主元素与微量元素的配比获得较高的力学性能、耐腐蚀性能和焊接性能的高性能Al-Zn-Mg系合金是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种综合性能优异高强度Al-Zn-Mg合金及其制备方法，该产品表现出优异的力学性能、腐蚀性能和焊接性能。通过调控主合金元素与微量元素的含量，并采用特定的制备工艺，调控了Al-Zn-Mg合金的微观组织状态，从而获得具有优良综合性能的Al-Zn-Mg合金。

本发明提供的综合性能优异高强度Al-Zn-Mg合金，包括主合金元素Zn元素和Mg元素，微合金元素Cu，Zr，Cr，Mn，Ti，Fe，Si中的1种或者2种以上，余量为Al和不可避免的杂质。

以质量分数计，综合性能优异高强度Al-Zn-Mg合金包括如下组分及各个组成的质量百分比为：5.5％≤Zn≤7.9％，1.2％≤Mg≤2.5％，0＜Cu≤0.6％，0.05％＜Zr≤0.25％，0.05％＜Cr≤0.3％，0.05％＜Mn≤0.5％，0.02％≤Ti≤0.10％，余量为Al及其他不可避免的杂质。