【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋁合金板材制備領(lǐng)域，具體涉及一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法。
技術(shù)介紹
1、在現(xiàn)代工業(yè)的眾多應(yīng)用場景中，對材料的強(qiáng)度要求越來越高。例如在航空航天領(lǐng)域，飛行器的結(jié)構(gòu)部件需要承受巨大的飛行載荷、復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)以及嚴(yán)苛的環(huán)境條件。al-zn-mg合金憑借其可通過熱處理等工藝調(diào)控獲得的高強(qiáng)度特性，成為制造如飛機(jī)大梁、機(jī)翼等關(guān)鍵部件的候選材料之一。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，汽車、高速列車等的輕量化需求促使采用高強(qiáng)度合金來在減輕重量的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，al-zn-mg合金也因此備受關(guān)注。
2、然而，傳統(tǒng)的al-zn-mg合金雖然強(qiáng)度表現(xiàn)出色，但在腐蝕性能方面存在明顯不足。其腐蝕問題主要源于以下幾個(gè)方面：
3、合金成分與微結(jié)構(gòu)：合金中的鋅、鎂等元素在某些環(huán)境下會(huì)形成電化學(xué)活性較高的相，這些相相對于鋁基體更容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。而且，合金在凝固和加工過程中形成的微觀組織不均勻性，如晶界處的偏析等，也會(huì)為腐蝕的發(fā)生提供優(yōu)先通道。腐蝕敏感性與強(qiáng)度的矛盾是限制al-zn-mg合金發(fā)展應(yīng)用的主要原因，晶界析出相的分布狀態(tài)和無沉淀析出帶的寬度是影響合金耐蝕性的關(guān)鍵因素。為了獲得斷續(xù)分布的晶界析出相開發(fā)出t74、rra和drra等時(shí)效工藝，但復(fù)雜的熱處理工藝不僅增加了工業(yè)生產(chǎn)的難度，并且晶內(nèi)析出相易發(fā)生粗化導(dǎo)致強(qiáng)度降低。
4、服役環(huán)境影響：在實(shí)際應(yīng)用中，al-zn-mg合金經(jīng)常暴露在潮濕、含鹽分(如海洋環(huán)境)、有腐蝕性氣體(如工業(yè)污染區(qū)域)等惡劣環(huán)境下。例如，在
5、對于承受重要載荷的結(jié)構(gòu)部件，如航空航天和交通運(yùn)輸領(lǐng)域的關(guān)鍵構(gòu)件，腐蝕導(dǎo)致的材料性能下降可能引發(fā)結(jié)構(gòu)失效，從而造成嚴(yán)重的安全事故。由于腐蝕造成的部件更換、維修成本高昂。在工業(yè)設(shè)施中，頻繁更換因腐蝕損壞的al-zn-mg合金部件不僅增加了直接的材料和人工成本，還會(huì)因設(shè)備停機(jī)等帶來間接的經(jīng)濟(jì)損失。
6、因此在保持al-zn-mg合金高強(qiáng)度優(yōu)勢的同時(shí)，大幅提高其腐蝕性能就顯得極為必要。這不僅能夠拓展該合金在更多惡劣環(huán)境下的應(yīng)用范圍，如海洋工程、沿?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，還能有效降低因腐蝕帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，從而提升產(chǎn)品的可靠性和綜合效益。
7、綜上所述，在高強(qiáng)度需求和腐蝕問題突出的背景下，致力于使al-zn-mg合金在具備高強(qiáng)度的同時(shí)大幅提高其腐蝕性能成為了一項(xiàng)亟待解決的重要技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是使al-zn-mg合金在具有高強(qiáng)度的同時(shí)，大幅提高合金的腐蝕性能，而提供一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法。
2、一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法是按以下步驟完成的：
3、一、按質(zhì)量百分比si≤0.15％、fe≤0.15％、cu≤0.10％、mn：0.2％～0.7％、mg：1.5％～2.5％、zr：0.05％～0.15％、er：0.05％～0.30％、zn：5.3％～6.3％、ti：0.01％～0.05％、單個(gè)雜質(zhì)≤0.05％、合計(jì)雜質(zhì)≤0.15％和余量為al的配比，稱取重熔用鋁錠、鋅錠、鎂錠、鋁錳中間合金、鋁鉺中間合金、鋁鋯中間合金、鋁鈹中間合金、鋁鈦絲、鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑作為原料；
4、二、將稱取的重熔用鋁錠、鋅錠、鋁錳中間合金、鋁鋯中間合金和鋁鈦中間合金加入到熔煉爐中，熔煉溫度為750～800℃，待熔體溫度≥780℃時(shí)加入鋁鉺中間合金并保溫20min，然后進(jìn)行第一次攪拌，待熔體溫度再次升至780℃保溫20min后進(jìn)行第二次攪拌，第二次攪拌后的熔體降溫至750℃時(shí)加入鎂錠和鋁鈹中間合金，攪拌混勻后鋪撒2#覆蓋劑，靜置20～30min，然后將熔體導(dǎo)入靜置爐中，采用ar-cl2混合氣體進(jìn)行精煉至每100克熔體中的氫含量≤0.15ml，得到鋁合金熔體；
5、三、鋁合金熔體經(jīng)過30ppi+50ppi的雙級陶瓷過濾片過濾，開始鑄造時(shí)將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑插入流槽中并控制加入速度，所得鋁合金熔液，澆注到規(guī)格為420×1620mm的方形結(jié)晶器中，得到合金錠坯；
6、四、合金錠坯進(jìn)行均勻化退火處理得到均勻化退火后的鑄錠，然后進(jìn)行銑面處理；銑面處理的錠坯進(jìn)行軋制，軋制后進(jìn)行固溶淬火、拉伸處理，得到固溶淬火、拉伸后的板材；
7、五、固溶淬火、拉伸后的板材進(jìn)行時(shí)效處理，然后鋸切成品，得到al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材。
8、本專利技術(shù)有益效果：
9、本專利技術(shù)制備的al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材，可滿足艦船、軌交等領(lǐng)域重大工程領(lǐng)域的需求。
10、本專利技術(shù)是在現(xiàn)有al-zn-mg系鋁合金成分體系的基礎(chǔ)上，添加er和zr的等稀土元素，進(jìn)一步發(fā)揮復(fù)合添加稀土微合金化元素發(fā)生的復(fù)雜相互協(xié)同作用。探索er-zr多組元復(fù)合的合金設(shè)計(jì)新模式。添加er元素是改善al-zn-mg合金腐蝕性能的途徑之一。al3(er,zr)粒子的引入使合金再結(jié)晶程度降低，合金中再結(jié)晶晶界數(shù)量減少。晶界析出相傾向于優(yōu)先在能量更高的再結(jié)晶晶粒的大角度晶界上析出。粗大晶界析出相易發(fā)生陽極溶解現(xiàn)象，而晶界析出相較多的大角晶界為裂紋擴(kuò)展提供了擴(kuò)展通道。大角度晶界附近無沉淀析出帶的存在也被認(rèn)為會(huì)降低合金的耐蝕性。由于大角度晶界具有更高的界面能，有利于析出相的形核，因此大角晶界處的無沉淀析出帶更寬。由于無沉淀析出帶和晶界析出相之間的電位差，局部腐蝕容易在二者之間發(fā)生，最終導(dǎo)致合金中出現(xiàn)晶間腐蝕裂紋，使合金的耐蝕性惡化。如圖1所示，與不含er的合金相比，添加了er元素的合金再結(jié)晶程度更低，大角晶界數(shù)量較少，裂紋擴(kuò)展路徑顯著減少，因此含er合金的耐蝕性得到改善。使合金具有最佳的力學(xué)性能，同時(shí)腐蝕性能也可以得到提高。
11、隨著合金化程度的提高，al-zn-mg合金的強(qiáng)度逐漸增大，但是耐蝕性卻出現(xiàn)明顯惡化，這是限制al-zn-mg合金發(fā)展的主要問題。本專利技術(shù)中在主合金元素zn+mg為7wt％的前提下，優(yōu)化zn/mg比，并且添加微合金化元素er、zr，研究zn/mg比及微合金化元素對合金力學(xué)性能、腐蝕性能的影響規(guī)律，從而最大程度的開發(fā)合金強(qiáng)度潛力，也避免了因合金含量提高而造成的耐蝕性惡化，進(jìn)一步推廣al-zn-mg合金在船舶、軌道交通等領(lǐng)域的應(yīng)用。
12、本專利技術(shù)提升了al-zn-mg系合金板材腐蝕性能，制備的al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材，在室溫抗拉強(qiáng)度≥430mpa、屈服強(qiáng)度≥350mpa、延伸率≥12％時(shí)，剝落腐蝕達(dá)到n級；在室溫抗拉強(qiáng)度≥540mpa、屈服強(qiáng)度≥520mpa、延伸率≥10％時(shí)，剝落腐蝕達(dá)到p級，比在相同級別的al-zn-mg系合金提升了2～3個(gè)等級。
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1.一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法是按以下步驟完成的：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟一中所述鋁鉺中間合金為Al-5％Er中間合金；鋁鋯中間合金為Al-5％Zr中間合金；鋁錳中間合金為Al-10％Mn中間合金；鋁鈦中間合金為Al-4％Ti中間合金；鋁鈹中間合金為Al-11％Be中間合金；鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑為Al-5％Ti-1％B合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟二中所述第一次攪拌的時(shí)間為5～10min，第二次攪拌的時(shí)間為5～10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟二所述2#覆蓋劑用量占熔煉爐中熔體總質(zhì)量的0.50～0.55％。
5.根據(jù)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟三中所述鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑插入流槽的速度為450～500mm/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟三中所述合金錠坯的截面規(guī)格為420×1620mm，長度4500mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟四中所述均勻化退火處理的工藝參數(shù)：在溫度為280℃下加熱16～20h，再升溫至470℃，保溫20～28h，出爐空冷至室溫；所述銑面處理的工藝參數(shù)：鑄錠銑面至380mm～400mm；所述軋制是將銑面處理的錠坯軋制成厚度為8～20mm、寬度≥1500mm的寬幅熱軋板，軋制過程中單道次最大壓下量為20mm，控制軋制速度1.2～1.5m/s；所述固溶處理的工藝參數(shù)：先將爐溫升至470℃，然后把熱軋后的板材裝爐，監(jiān)測熱軋板的金屬溫度達(dá)到470℃時(shí)，開始計(jì)時(shí)保溫60min，然后出爐水淬，得到固溶處理的板材；所述拉伸處理的工藝參數(shù)：固溶處理的板材在2h內(nèi)完成板材的拉伸處理，拉伸量控制在1.8～2.5％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟五中所述時(shí)效處理的工藝參數(shù)：將板片在120℃的溫度條件下保溫6h后，將爐溫升至160℃，在160℃的溫度條件下保溫20h后出爐空冷，板材進(jìn)行鋸切，得到抗拉強(qiáng)度≥430MPa、屈服強(qiáng)度≥350MPa、延伸率≥12％、剝落腐蝕達(dá)到N級的Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟五中所述時(shí)效處理的工藝參數(shù)：將板片在120℃的溫度條件下保溫24h后，出爐空冷，板材進(jìn)行鋸切，得到抗拉強(qiáng)度≥540MPa、屈服強(qiáng)度≥520MPa、延伸率≥10％、剝落腐蝕達(dá)到P級的Al-5.8Zn-2.2Mg-0.2Er-0.12Zr鋁合金板材。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法是按以下步驟完成的：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟一中所述鋁鉺中間合金為al-5％er中間合金；鋁鋯中間合金為al-5％zr中間合金；鋁錳中間合金為al-10％mn中間合金；鋁鈦中間合金為al-4％ti中間合金；鋁鈹中間合金為al-11％be中間合金；鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑為al-5％ti-1％b合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟二中所述第一次攪拌的時(shí)間為5～10min，第二次攪拌的時(shí)間為5～10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟二所述2#覆蓋劑用量占熔煉爐中熔體總質(zhì)量的0.50～0.55％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟二中所述ar-cl2混合氣體中氬氣與氯氣的體積比為(31.5～33):1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟三中所述鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑插入流槽的速度為450～500mm/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種al-5.8zn-2.2mg-0.2er-0.12zr鋁合金板材的制備方法，其特征在于步驟三中所述合金錠坯的截面規(guī)格為420×1620mm...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓穎，劉洪雷，叢福官，耿廣超，路麗英，陳巖，邱大偉，吳沂哲，張?jiān)讫?/a>，
申請(專利權(quán))人：東北輕合金有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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