一种7系铝合金及其制备方法与流程

1.本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种7系铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.铝合金是一种轻金属材料，具有良好的铸造性能、塑性加工性能、导电性能、导热性能，以及良好的耐蚀性和可焊性。铝合金可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。根据组成原料的配比不同，铝合金可分为1
‑
7系，不同系列的铝合金的力学性能也有着较大的差距。7系铝合金又称al
‑
zn
‑
mg
‑
cu合金，7系铝合金具有低密度高强度的特点。目前7系铝合金的抗拉强度为450左右，屈服强度为400左右，维氏硬度hv为150左右。通过对原料组成的能够改变所得7系铝合金的力学性能，如，申请号为201811531886.7的中国发明专利，公开了一种7系铝合金及其制备方法，通过提高mg和zn含量，可以提高镁锌强化相，进而提高力学性能，可获得的7系铝合金的抗拉强度为470以上，屈服强度为440以上，维氏硬度hv为160以上的7系铝合金。但是针对下游生产的一些特殊要求，现有的7系铝合金的力学性能、断裂韧性以及抗疲劳性方面无法满足其多样化的需求，仍需要进一步改善。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提升7系铝合金的力学性能。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.9
‑
6.25％的锌、2
‑
2.3％的镁、0.12
‑
0.26％的铜、0.12
‑
0.24％的锰、0.01
‑
0.07％的硅、0.008
‑
0.023％的钛、0.0001
‑
0.007％的铬、0.005
‑
0.03％的锆、0.01
‑
0.12％的铁，以及余量的铝。
5.本发明采用的另一种技术方案为：一种7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：各原料按重量百分比为：5.9
‑
6.25％的锌、2
‑
2.3％的镁、0.12
‑
0.26％的铜、0.12
‑
0.24％的锰、0.01
‑
0.07％的硅、0.008
‑
0.023％的钛、0.0001
‑
0.007％的铬、0.005
‑
0.03％的锆、0.01
‑
0.12％的铁，以及余量的铝的比例混合均匀，然后依次进行融化、精炼、除渣、合金化、铸造、均匀化、挤压、淬火和冷却，得到7系铝合金。
6.本发明的有益效果在于：本发明提供的7系铝合金通过精准的控制mg和zn的含量，控制二者的比例，可获得最佳mg
‑
zn
‑
cu强化项,力学性能最优。得的7系铝合金的抗拉强度可达490mpa以上，屈服强度为480mpa以上，维氏硬度hv可达170以上，断后延伸率10％以上；且由于对cu含量的控制，提高了所得7系铝合金阳极氧化后的光泽度。本发明提供的7系铝合金及其制备方法，拓宽了下游产业的原料选择，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。
附图说明
7.图1所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的头处的金相组织图(50倍)；
8.图2所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的中处的金相组织图(50倍)；
9.图3所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的尾处的金相组织图(50倍)；
10.图4所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的头处的金相组织图(50倍)；
11.图5所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的中处的金相组织图(50倍)；
12.图6所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的尾处的金相组织图(50倍)；
13.图7所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的左侧面的头处的金相组织图(50倍)；
14.图8所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的左侧面的中处的金相组织图(50倍)；
15.图9所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的左侧面的尾处的金相组织图(50倍)；
16.图10所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的头处的金相组织图(500倍)；
17.图11所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的中处金相组织图(500倍)；
18.图12所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的大面的尾处金相组织图(500倍)；
19.图13所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的头处的金相组织图(500倍)；
20.图14所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的中处的金相组织图(500倍)；
21.图15所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的横截面的尾处的金相组织图(500倍)；
22.图16所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的侧面的头处的金相组织图(500倍)；
23.图17所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的侧面的中处的金相组织图(500倍)；
24.图18所示为本发明具体实施方式的实施例1的7系铝合金的侧面的尾处的金相组织图(500倍)。
具体实施方式
25.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
26.本发明的一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.9
‑
6.25％的锌、2
‑
2.3％的镁、0.12
‑
0.26％的铜、0.12
‑
0.24％的锰、0.01
‑
0.07％的硅、0.008
‑
0.023％的钛、0.0001
‑
0.007％的铬、0.005
‑
0.03％的锆、0.01
‑
0.12％的铁，以及余量的铝。
27.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的7系铝合金通过精准的控制mg和zn的含量为：2
‑
2.3％的mg和5.9
‑
6.25％的zn，能够控制二者的比例，同时一定程度上降低铜的添加比例，控制cu含量为0.12
‑
0.26％，进而有效提高了所得7系铝合金力学性能，最终获得的7系铝合金的抗拉强度可达490mpa以上，屈服强度为480mpa以上，维氏硬度hv可达170以上；且由于对cu含量的控制，提高了所得7系铝合金阳极氧化后的光泽度，同时通过对该铝合金成分的控制，保证0.12
‑
0.24％的锰和5.9
‑
6.25％的锌含量能够保证晶粒在35
‑
90μm，保证续喷砂阳极工艺无花斑，满足其作为高亮材料的使用。本发明提供的7系铝合金及其制备方法，拓宽了下游产业的原料选择，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。
28.进一步的，上述的7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6
‑
6.1％的锌、2.08
‑
2.15％的镁、0.14
‑
0.18％的铜、0.2
‑
0.215％的锰、0.02
‑
0.04％的硅、0.01
‑
0.015％的钛、0.0002
‑
0.004％的铬、0.01
‑
0.02％的锆、0.05
‑
0.1％的铁，以及余量的铝。
29.进一步的，所述锌和镁的质量比为2.7
‑
3。
30.从上述描述可知，在本发明提供的7系铝合金含量范围内进一步优化，上述组分组成的7系铝合金力学性能最优。
31.进一步的，所述7系铝合金的总杂质元素的含量低于0.03％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量不高于0.015％。
32.从上述描述可知，过多的杂质会影响最终所得7系铝合金的力学性能。
33.本发明的一种上述的7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：各原料按比例混合均匀，然后依次进行融化、精炼、除渣、合金化、铸造、均匀化、挤压、淬火和冷却，得到7系铝合金。
34.进一步的，所述均匀化为阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理由第一段、第二段和第三段组成，第一段至第三段的温度逐级提高，温度差为100
‑
130℃。
35.从上述描述可知，通过三个阶段的均匀化热处理能有效细化晶粒，使晶粒分布更加均匀。
36.实施例1：
37.一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.04％的zn、2.1％的mg、0.16％的cu、0.206％的mn、0.032％的si、0.0103％的ti、0.0028％的cr、0.015％的zr、0.068％的fe、0.008％的ni、0.005％的v、0.001％的pb、0.0003％的na、0.00083％的b、0.0103％的ga、0.001％的cd，以及余量的铝。
38.上述7系铝合金的制备方法具体包括以下步骤：
39.步骤1、选用fe<0.08，si<0.03的高纯铝锭，和满足成分要求的废料，按高纯铝锭和废料比为7：3的比例投炉，经快速熔化(500℃)、搅拌、合金化，得到均匀的熔体a；其中，在合
金化的过程中加入稀土合金；
40.步骤2、将步骤1所得熔体a进行精炼、扒渣、静置、提纯后转到保温炉，得到熔体b；
41.步骤3、将步骤2所得熔体b，采用高效率炉内精炼系统精炼、扒渣、静置，提纯后得到熔体c；
42.步骤4、将步骤3所得熔体c进行在线真空除气、板式过滤、管式过滤净化处理后进行半连续水冷铸造，得到合金锭；
43.步骤5、将步骤4所得合金锭进行阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理由第一段、第二段和第三段组成，第一段至第三段的温度逐级提高；
44.具体的，第一段：300
‑
310℃保温1h，第二段：400
‑
410℃保温2h，第三段：500
‑
510℃保温5h；
45.步骤6、阶梯式均匀化热处理后，以280℃/h的冷却强度快速冷却至室温，得到7系铝合金。
46.对实施例1所得长方体状的7系铝合金的头、中、尾三处进行测试。测试使用的仪器有直读发射光谱仪、金相显微镜、维氏硬度计和万能材料试验机；测试参考的标准为gb/t7999
‑
2007、gb/t4340.1
‑
200、gb/t3246.1和gb/t228.1
‑
2010；测试时的环境温度和湿度分别为：23
±
5℃和40
‑
60％rh。
47.粗晶层厚度、晶粒大小、晶粒级别、析出相判定和夹杂物的测试结果见表1
‑
3所示；硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率的测试结果见表4
‑
5所示。其中，横截面水平方向称为侧面；纵截面水平方向称为大面；横截面垂直方向称为横截面。
48.表1
[0049][0050]
表2
[0051][0052]
表3
[0053][0054][0055]
表4
[0056]
样品编号硬度1(hv)硬度2(hv)硬度3(hv)平均值(hv)头177.3176.4178.2177.3中176.5175.4177.0176.3尾175.1174.3175.5175.0
[0057]
表5
[0058][0059]
结合图1
‑
18和表1
‑
3，可以看出，本发明提供的7系铝合金，无明显粗晶层，且晶粒度小，晶粒均匀晶粒度差异小；析出相分布均匀，析出相尺寸小。
[0060]
实施例2：
[0061]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.9％的zn、2.08％的mg、0.26％的cu、0.22％的mn、0.02％的si、0.015％的ti、0.004％的cr、0.018％的zr、0.05％的fe、0.007％的ni、0.003％的v、0.002％的pb、0.0003％的na、0.00075％的b、0.012％的ga、0.001％的cd，以及余量的铝；
[0062]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0063]
实施例3：
[0064]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6％的zn、2％的mg、0.12％的cu、0.24％的mn、0.07％的si、0.01％的ti、0.002％的cr、0.01％的zr、0.12％的fe、0.009％的
ni、0.004％的v、0.0015％的pb、0.0003％的na、0.00074％的b、0.0108％的ga、0.0009％的cd，以及余量的铝；
[0065]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0066]
实施例4：
[0067]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.25％的zn、2.3％的mg、0.14％的cu、0.12％的mn、0.03％的si、0.009％的ti、0.0001％的cr、0.02％的zr、0.01％的fe、0.005％的ni、0.002％的v、0.001％的pb、0.0002％的na、0.0009％的b、0.0115％的ga、0.002％的cd，以及余量；
[0068]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0069]
实施例5：
[0070]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.23％的zn、2.26％的mg、0.18％的cu、0.2％的mn、0.04％的si、0.008％的ti、0.007％的cr、0.03％的zr、0.1％的fe、0.007％的ni、0.004％的v、0.002％的pb、0.0004％的na、0.0007％的b、0.0095％的ga、0.0008％的cd，以及余量的铝；
[0071]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0072]
实施例6：
[0073]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.1％的zn、2.15％的mg、0.15％的cu、0.215％的mn、0.05％的si、0.023％的ti、0.003％的cr、0.005％的zr、0.05％的fe、0.008％的ni、0.003％的v、0.0015％的pb、0.0004％的na、0.0009％的b、0.011％的ga、0.001％的cd，以及余量的铝；
[0074]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0075]
对实施例2
‑
6所得7系铝合金进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度的测试，结果见表6所示。
[0076]
表6
[0077][0078]
对比例1：
[0079]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.72％的zn、2.1％的mg、0.16％
的cu、0.206％的mn、0.032％的si、0.0103％的ti、0.0028％的cr、0.015％的zr、0.068％的fe、0.008％的ni、0.005％的v、0.001％的pb、0.0003％的na、0.00083％的b、0.0103％的ga、0.001％的cd，以及余量的铝；
[0080]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0081]
对比例2：
[0082]
一种7系铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6.04％的zn、2.52％的mg、0.16％的cu、0.206％的mn、0.032％的si、0.0103％的ti、0.0028％的cr、0.015％的zr、0.068％的fe、0.008％的ni、0.005％的v、0.001％的pb、0.0003％的na、0.00083％的b、0.0103％的ga、0.001％的cd，以及余量的铝；
[0083]
上述7系铝合金的制备方法同实施例1。
[0084]
对比例3：
[0085]
一种7系铝合金，重量百分比组成同实施例1，其制备方法的步骤1
‑
4和6也同实施例1，步骤5为、将步骤4所得合金锭进行阶梯式均匀化热处理，阶梯式均匀化热处理由第一段和第二段组成，第一段至第二段的温度逐级提高；
[0086]
具体的第一段：300
‑
310℃保温3h，第二段：500
‑
510℃保温5h。
[0087]
对对比例1
‑
3所得7系铝合金进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度的测试，结果见表7所示。
[0088]
表7
[0089][0090]
综上所述，本发明提供的7系铝合金通过精准的控制mg和zn的含量为：2
‑
2.3％的mg和5.9
‑
6.25％的zn，能够控制二者的比例，同时一定程度上降低铜的添加比例，控制cu含量为0.12
‑
0.26％，进而有效提高了所得7系铝合金力学性能，最终获得的7系铝合金的抗拉强度可达490mpa以上，屈服强度为480mpa以上，维氏硬度hv可达170以上；且所得7系铝合金阳极氧化后的光泽度，同时通过对该铝合金成分的控制，保证0.12
‑
0.24％的锰和5.9
‑
6.25％的锌含量能够保证晶粒在35
‑
90μm，保证续喷砂阳极工艺无花斑，满足其作为高亮材料的使用。本发明提供的7系铝合金及其制备方法，拓宽了下游产业的原料选择，为高性能的新产品的研发与生产提供了可能与保障。
[0091]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。