專利名稱：高強(qiáng)高韌7055鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有7055鋁合金的強(qiáng)度只有500MPa左右，延伸率也不超過(guò)5％，而且鑄錠的規(guī)格較小，不能滿足航空、航天工業(yè)的需要。造成上述問(wèn)題的主要原因在于現(xiàn)有7055鋁合金的組分不盡合理，7055鋁合金的制備工藝還存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有7055鋁合金的強(qiáng)度只有500MPa左右，延伸率不超過(guò)5％，鑄錠的規(guī)格較小，不能滿足航空、航天工業(yè)的需要的問(wèn)題，提供一種高強(qiáng)高韌7055鋁合金及其制備方法。本發(fā)明的高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn7.6～8.4％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。本發(fā)明高強(qiáng)高韌7055鋁合金的制備方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)按重量百分比取Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.25％、Zn7.6～8.4％和余量的Al配料，投料前在爐底均勻鋪撒一層1號(hào)熔劑，將除Zr以外的原料都投到熔爐中，投料后在爐料上均勻鋪撒一層覆蓋劑，以減少熔體的氧化、吸氣和造渣；(2)熔煉時(shí)采用快速升溫熔化，減少熔煉時(shí)間，即從固體料裝爐到全部熔化為10～14小時(shí)，加入Zr后盡快使熔體溫度降到精煉溫度，減少熔體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以減少熔體的吸氣和氧化；(3)嚴(yán)格控制熔煉溫度和800℃以上的停留時(shí)間，停留時(shí)間≤30分鐘；(4)精煉時(shí)采用二次精煉，先用熔劑塊精煉，然后再用氬氣精煉7min；熔煉工具接觸鋁熔體的部分噴涂TiO2；(5)采用陶瓷過(guò)濾片過(guò)濾，減少夾渣；(6)使用7055合金一級(jí)廢料量要達(dá)到30％，沒(méi)有廢料要制造廢料；(7)嚴(yán)格控制Fe＞Si，以抑制有害針狀β相(Fe2Si2Al9)的產(chǎn)生，使之生成危害較小的骨骼狀α相(FeSi3Al12)，這樣才能有利于縮小合金的脆性區(qū)，改善合金的熱裂紋傾向性，提高合金的鑄造性能；(8)適當(dāng)調(diào)整Zn、Mg含量的比值，因?yàn)楫?dāng)Zn、Mg比增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致Al-Zn-Mg-Cu系合金裂紋傾向性的增加，而降低Zn、Mg比則有利于抑制合金裂紋的產(chǎn)生，所以該合金在調(diào)整成分時(shí)要控制Zn含量位于中下限，Mg含量位于中上限，以降低Zn、Mg含量的比值，改善合金的鑄造性能；(9)以100cm/min的速度在線點(diǎn)入流槽內(nèi)熔體Al-Ti-B細(xì)化劑，可以明顯地降低合金的裂紋傾向性；(10)改善冷卻水冷系統(tǒng)，使大面水、小面水及三次水分別單獨(dú)控制；大、小面水結(jié)合處要調(diào)整好水冷強(qiáng)度；(11)采用擋水板裝置，有效地控制鑄錠裂紋的產(chǎn)生；(12)采用隔熱膜鑄造技術(shù)，可以顯著地降低合金的裂紋傾向性；(13)鑄造工藝參數(shù)為鑄造溫度685～710℃，鑄造速度26～35mm/min，鑄造水壓0.06～0.1MPa，鑄錠規(guī)格360～1000mm。本發(fā)明的高強(qiáng)高韌7055鋁合金的強(qiáng)度(σb≥610MPa)比同等狀態(tài)的其他合金制品至少高出100Mpa，高強(qiáng)高韌7055鋁合金的延伸率(δ5≥6％)比同等狀態(tài)的其他合金制品至少高出1％。所以高強(qiáng)高韌7055鋁合金的綜合性能具有一定的優(yōu)越性。高強(qiáng)高韌7055鋁合金由于合金化程度比較高，Zn含量高達(dá)7.6～8.4％，大規(guī)格鑄錠的成型屬于世界性難題，本發(fā)明的方法突破了這一難關(guān)，鑄造出φ405×1000mm和φ360×1000mm兩種規(guī)格的鑄錠。最終成品鍛件規(guī)格J8-301、J8-302、J8-25，帶板規(guī)格25×102mm。
高強(qiáng)高韌7055鋁合金制品的技術(shù)指標(biāo)

本發(fā)明的高強(qiáng)高韌7055鋁合金在保證有合格的斷裂韌性及抗腐蝕性的前提下，顯著提高了抗壓強(qiáng)度、抗拉屈服強(qiáng)度(其靜載強(qiáng)度是現(xiàn)有鋁合金中最高的)，很好地解決了為兼顧耐蝕而降低強(qiáng)度從而導(dǎo)致降低結(jié)構(gòu)效率、增加結(jié)構(gòu)重量的矛盾，很好地滿足了航天、航空選材、用材的急需。而該合金的生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵是大規(guī)格扁錠的熔鑄成形。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn7.6～8.4％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式Cu的重量百分比為高強(qiáng)高韌7055鋁合金總重量的2.3％，即高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2.3％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn7.6～8.4％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式Mg的重量百分比為高強(qiáng)高韌7055鋁合金總重量的2.1％，即高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2.3％、Mn0.05％、Mg2.1％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn7.6～8.4％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。
具體實(shí)施例方式
四本實(shí)施方式Zn的重量百分比為高強(qiáng)高韌7055鋁合金總重量的8.1％，即高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2.3％、Mn0.05％、Mg2.1％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn8.1％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。
具體實(shí)施步驟五本實(shí)施方式高強(qiáng)高韌7055鋁合金的配料及熔鑄方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)按重量百分比取Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.25％、Zn7.6～8.4％和余量的Al配料，投料前在爐底均勻鋪撒一層1號(hào)熔劑，將除Zr以外的原料都投到熔爐中，投料后在爐料上均勻鋪撒一層覆蓋劑，以減少熔體的氧化、吸氣和造渣；(2)熔煉時(shí)采用快速升溫熔化，減少熔煉時(shí)間，即從固體料裝爐到全部熔化為10～14小時(shí)，加入Zr后盡快使熔體溫度降到精煉溫度，減少熔體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以減少熔體的吸氣和氧化；(3)嚴(yán)格控制熔煉溫度和800℃以上的停留時(shí)間，停留時(shí)間≤30分鐘；(4)精煉時(shí)采用二次精煉，先用熔劑塊精煉，然后再用氬氣精煉7min；熔煉工具接觸鋁熔體的部分噴涂TiO2；(5)采用陶瓷過(guò)濾片過(guò)濾，減少夾渣；(6)使用7055合金一級(jí)廢料量要達(dá)到30％，沒(méi)有廢料要制造廢料；(7)嚴(yán)格控制Fe＞Si，以抑制有害針狀β相(Fe2Si2Al9)的產(chǎn)生，使之生成危害較小的骨骼狀α相(FeSi3Al12)，這樣才能有利于縮小合金的脆性區(qū)，改善合金的熱裂紋傾向性，提高合金的鑄造性能；(8)適當(dāng)調(diào)整Zn、Mg含量的比值，因?yàn)楫?dāng)Zn、Mg比增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致Al-Zn-Mg-Cu系合金裂紋傾向性的增加，而降低Zn、Mg比則有利于抑制合金裂紋的產(chǎn)生，所以該合金在調(diào)整成分時(shí)要控制Zn含量位于中下限，Mg含量位于中上限，以降低Zn、Mg含量的比值，改善合金的鑄造性能；(9)以100cm/min的速度在線點(diǎn)入流槽內(nèi)熔體Al-Ti-B細(xì)化劑，可以明顯地降低合金的裂紋傾向性；(10)改善冷卻水冷系統(tǒng)，使大面水、小面水及三次水可以分別單獨(dú)控制；大、小面水結(jié)合處要調(diào)整好水冷強(qiáng)度；(11)采用擋水板裝置，有效地控制鑄錠裂紋的產(chǎn)生；(12)采用隔熱膜鑄造技術(shù)，可以顯著地降低合金的裂紋傾向性；(13)參照表2調(diào)整好鑄造工藝參數(shù)，使鑄造應(yīng)力分布均勻，減少裂紋傾向。
表2 高強(qiáng)高韌7055鋁合金扁錠的鑄造工藝參數(shù)

配料時(shí)使用高純鋁、電解銅、純鎂錠、純鋅錠。
本實(shí)施方式中所述1號(hào)熔劑按重量百分比由KCl 50％、NaCl 26％和Na3AlF624％組成；所述覆蓋劑按重量百分比由KCl50％和NaCl50％組成；所述精煉溫度是710度。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高韌7055鋁合金，其特征在于高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn7.6～8.4％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高韌7055鋁合金，其特征在于Cu的重量百分比為高強(qiáng)高韌7055鋁合金總重量的2.3％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)高韌7055鋁合金，其特征在于Mg的重量百分比為高強(qiáng)高韌7055鋁合金總重量的2.1％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)高韌7055鋁合金，其特征在于Zn的重量百分比為高強(qiáng)高韌7055鋁合金總重量的8.1％。
5.制備權(quán)利要求1所述高強(qiáng)高韌7055鋁合金的方法，其特征在于高強(qiáng)高韌7055鋁合金的配料及熔鑄方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)按重量百分比取Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.25％、Zn7.6～8.4％和余量的Al配料，投料前在爐底均勻鋪撒一層1號(hào)熔劑，將除Zr以外的原料都投到熔爐中，投料后在爐料上均勻鋪撒一層覆蓋劑，以減少熔體的氧化、吸氣和造渣；(2)熔煉時(shí)采用快速升溫熔化，減少熔煉時(shí)間，即從固體料裝爐到全部熔化為10～14小時(shí)，加入Zr后盡快使熔體溫度降到精煉溫度，減少熔體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以減少熔體的吸氣和氧化；(3)嚴(yán)格控制熔煉溫度和800℃以上的停留時(shí)間，停留時(shí)間≤30分鐘；(4)精煉時(shí)采用二次精煉，先用熔劑塊精煉，然后再用氬氣精煉7min；熔煉工具接觸鋁熔體的部分噴涂TiO2；(5)采用陶瓷過(guò)濾片過(guò)濾，減少夾渣；(6)使用7055合金一級(jí)廢料量要達(dá)到30％，沒(méi)有廢料要制造廢料；(7)嚴(yán)格控制Fe＞Si，以抑制有害針狀β相(Fe2Si2Al9)的產(chǎn)生，使之生成危害較小的骨骼狀α相；(8)調(diào)整Zn、Mg含量的比值，調(diào)整成分時(shí)要控制Zn含量位于中下限，Mg含量位于中上限，以降低Zn、Mg含量的比值，改善合金的鑄造性能；(9)以100cm/min的速度在線點(diǎn)入流槽內(nèi)熔體Al-Ti-B細(xì)化劑；(10)改善冷卻水冷系統(tǒng)，使大面水、小面水及三次水分別單獨(dú)控制；大、小面水結(jié)合處要調(diào)整好水冷強(qiáng)度；(11)采用擋水板裝置，控制鑄錠裂紋的產(chǎn)生；(12)采用隔熱膜鑄造方法；(13)鑄造工藝參數(shù)為鑄造溫度685～710℃，鑄造速度26～35mm/min，鑄造水壓0.06～0.1MPa，鑄錠規(guī)格360～1000mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高韌7055鋁合金的制備方法，其特征在于1號(hào)熔劑按重量百分比由KCl 50％、NaCl 26％和Na3AlF624％組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高韌7055鋁合金的制備方法，其特征在于覆蓋劑按重量百分比由KCl50％和NaCl50％組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高韌7055鋁合金的制備方法，其特征在于精煉溫度是710度。
全文摘要
高強(qiáng)高韌7055鋁合金及其制備方法，它涉及一種鋁合金及其制備工藝，本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有7055鋁合金的強(qiáng)度只有500 MPa左右，延伸率不超過(guò)5％，鑄錠的規(guī)格較小的問(wèn)題。本發(fā)明高強(qiáng)高韌7055鋁合金按重量百分比由Si0.1％、Fe0.15％、Cu2～2.6％、Mn0.05％、Mg1.8～2.3％、Cr0.04％、Ti0.06％、Zr0.08～0.2％、Zn7.6～8.4％、雜質(zhì)0.1％和余量為Al制成。本發(fā)明的高強(qiáng)高韌7055鋁合金的強(qiáng)度(σ
文檔編號(hào)C22C1/02GK101050499SQ20071007221
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者王鳳春, 李念奎, 單長(zhǎng)智, 王志超, 王國(guó)軍, 陶志民 申請(qǐng)人:東北輕合金有限責(zé)任公司