CN102634710A

CN102634710A - 一种铝锌镁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102634710A
Application number: CN2012101486427A
Authority: CN
Inventors: 叶伟炳
Original assignee: Dongguan Wenyu Industrial Co Ltd
Current assignee: Dongguan Wenyu Industrial Co Ltd
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: CN102634710B

Abstract

本发明涉及一种铝锌镁合金，所述合金包括：锌1-3wt%，铝3-9wt%，钛0.5-0.9wt%，锆0.07-0.14wt%，铼0.02-0.11wt%，其余包括镁和不可避免的杂质。所述合金还可以包括钇、锰、锶、铌。本发明所述的铝锌镁合金选用向镁基中加入锌、铝、钛、锆、铼来改善镁合金的强度，并通过选取各成分的添加比例，获得了很好的强度效果。并且在制备方法中，通过三步时效处理，将铝锌镁合金沉淀硬化，所得到的铝锌镁合金的硬度非常好。

Description

一种铝锌镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属合金，具体地涉一种铝锌镁合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是以铝为基的合金总称。铝合金的主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。其中，形变铝合金能承受压力加工，可加工成各种形态、规格的铝合金材，主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。而铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金。

锌合金是以锌为基加入其他元素组成的合金，常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备锌合金，压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件外壳等。

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。镁合金是21世纪的绿色金属结构材料，其密度小（1.8g/cm³左右），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金的主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。镁合金主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。按成型方法，镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两类。

但是，现有镁合金由于室温强度和韧性指标有限，难以满足轮毂、发动机支架，减震***等高性能结构对使用的要求。尤其是高韧性的镁合金，是比较适合用于轮毂的镁合金，但是高韧性镁合金的强度低，较低的综合性能抑制了镁合金减重效果的充分发挥，尤其是室温抗拉强度。

CN 101805865A公开了一种高强镁合金管材，它含有铝、锌、锰,其含有的质量百分比为：铝Al为7.8%-9.2%、锌Zn为0.2%-0.8%、锰Mn为0.2%-0.5%，还含有稀土RE，其质量百分比稀土RE为0.5%-2.0%。由于稀土RE可与铝Al反应生成Al-RE化合物，其弥散强化作用可提高合金的强度，并细化晶粒，使合金中Mg17Al12相的量减少，使原来的连续与半连续状的网状晶界结构逐渐变为断续、弥散分布的带状结构，使其细晶强化和晶界强化作用更为明显，同时稀土RE具有强烈的固溶强化作用，提高合金在室温下的综合力学性能。

CN101910443A提供无铜锻造铝合金产品及其生产方法。在一个实例中，所述合金具有以下组分：约0.01至约1.5重量%的银；约1.0至约3.0重量%的镁；约4.0至约10.0重量%的锌；约0.05至约0.25重量%的锆；最大0.15重量%的铁；最大0.15重量%的硅；和包括铝、杂质元素(偶存元素)和杂质的剩余物。在一个实例中，所述合金可以用于制造航空器的结构元件。

CN1974807A公开了一种高性能镁合金的制备方法，它是以镁、铝、锌、锰为原料，以稀土元素-镧为晶粒细化添加剂，在真空状态中，在氩气保护下，在水循环冷却下，在熔炼炉中，镁、铝、锌、锰、镧熔炼成合金熔液，并进行化学反应，在720℃±5℃静置5-10min，在680℃±5℃时浇铸成型镁合金棒，经切割、精车、机械抛光，制成高性能镁合金棒，清除了镁合金中的有害物质，金相组织致密均匀，晶粒细化，晶粒尺寸≤40μm，镁合金机械性能大幅度提高,其抗拉强度可提高至260MPa，与传统AZ91铸态性能相比，其抗拉强度可提高62.5%，延伸率可提高8倍，合金内部组织致密性增强，机械性能稳定优良，本制备方法工艺流程短，污染环境小，是理想的高性能镁合金的制备方法。

武汉理工大学的姚三九等人研究了Zn、Al含量对高锌镁合金的密度、显微组织和力学性能的影响。结果表明，含锌（质量分数）20-25%、铝5-10%之间的镁合金的着火点高于740℃，密度约为2.2g/cm³，可采用常规熔炼方法熔炼。该材料的强度σ_b为145-164MPa，有希望发展成为一类新型的镁合金。（高锌镁合金研究，姚三九、刘卫华，特种铸造及有色合金，2001.5）

重庆大学的蒋德平、龙思远等为了改善Mg-Al-Mn合金的常温性能，作者在挤压铸造条件下研究了铝、锌含量及固溶时效处理对AM60B合金的组织及力学性能的影响。实验结果表明，材料的抗拉强度随铝含量的增加而提高，屈服强度变化不大，但延伸率急剧下降；随着锌含量的增加，抗拉强度、延伸率均呈下降趋势，屈服强度略有提高。固溶时效使γ-Mg₁₇Al₁₂相呈粒状和片状存在于原晶界、并弥散分布于晶内，抗拉强度得到提高，延伸率得到改善，但合金的屈服强度变化不大。（铝、锌及热处理对Mg-Al-Mn合金组织及力学性能的影响，蒋德平，龙思远等，重庆大学学报，2006.29(12)）

因此，对高强度和高韧性的镁合金存在需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝锌镁合金的制备方法，所述的铝锌镁合金的制备方法包括：

(a)制备镁基合金的熔融体，所述熔融体由以下组成：锌1-3wt%，铝3-9wt%，钛0.5-0.9wt%，锆0.07-0.14wt%，铼0.02-0.11wt%，其余包括镁和不可避免的杂质；将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化，得到凝固体；

(b)搅拌、精炼凝固体，并保温；

(c)降温出炉，经挤压凝固体得到锻造品；

(d)固溶热处理步骤（c）得到的锻造品；和

(e)时效处理。

本发明所述铝锌镁合金的制备方法中，步骤（a）所述熔融体还包括钇0.01-0.14wt%；优选还包括约0.02-0.7wt％的锰；优选还包括约0.02-0.23wt％的锶；优选还包括约0.02-0.23wt％的铌；

本发明所述铝锌镁合金的制备方法中，步骤（a）所述熔融体的制备步骤为：按配方比例，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化；优选地，所述熔化温度为650-700℃，例如650℃、660℃、669℃、681℃、690℃、696℃、800℃等，优选655-675℃，进一步优选667℃。

本发明所述步骤（a）的可选技术方案为：按配方比例：锌1-3wt%，铝3-9wt%，钛0.5-0.9wt%，锆0.07-0.14wt%，铼0.02-0.11wt%，其余包括镁和不可避免的杂质，将预热后的合金锭放入坩埚中，升温至650-700℃，并进行熔化。

优选地，本发明步骤（b）所述精炼温度为705-750℃，例如705℃、707℃、711℃、717℃、723℃、736℃、748℃、750℃等，优选721-748℃，进一步优选732℃；所述精炼时间为4-10min，例如4min、4.2min、4.4min、5.1min、5.6min、6.5min、7.2min、8.8min、9.3min、9.8min、10min等，优选5.5-7.9min，进一步优选5.9min；所述保温时间为≥16min，例如16min、17min、19min、21min、24min、30min、40min等，优选16-22min，进一步优选18min。

优选地，本发明步骤（c）所述挤压速度为15-150mm/min，例如15mm/min、19mm/min、25mm/min、36mm/min、43mm/min、55mm/min、78mm/min、99mm/min、132mm/min、142mm/min、148mm/min、150mm/min等，优选21-120mm/min，进一步优选80mm/min。

优选地，本发明步骤（d）所述固溶热处理为在250-280℃装炉，升温至320-350℃，保温2.2-4h后继续升温至400-450℃，保温17-22h，出炉后在50-80℃水中淬火。进一步优选地，步骤（d）所述固溶热处理为在272℃装炉，升温至333℃，保温2.4h后继续升温至446℃，保温19h，出炉后在76℃水中淬火。

时效处理是指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造、锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。时效强化的实质是从过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒（一般是金属化合物，也可能是过饱和固溶体中的溶质原子在许多微小地区聚集），形成一些体积很小的溶质原子富集区。本发明所述的时效处理分为三步，首先在较高温度下进行时效处理，然后降低温度再进行时效处理。发明人惊奇地发现，采用三步时效处理可以有效地提高铝锌镁合金的强度。

优选地，本发明步骤（e）所述的时效处理为步骤为首先在20-40℃下放置3-7h，然后在150-220℃下放置4-9h，最后在80-120℃下放置3-6h；优选地，步骤（e）所述的时效处理为首先在25-35℃下放置5-7h，然后在181-190℃下放置7-9h，最后在100-120℃下放置5-6h。

作为优选技术方案，本发明所述的铝锌镁合金的制备方法包括：

(a)制备镁基合金的熔融体，所述熔融体由以下组成：锌1-3wt%，铝3-9wt%，钛0.5-0.9wt%，锆0.07-0.14wt%，铼0.02-0.11wt%，钇0.01-0.14wt%，锰0.02-0.7wt％，锶0.02-0.23wt％，铌0.02-0.23wt％，其余包括镁和不可避免的杂质；按配方，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化，得到凝固体，所述熔化温度为650-700℃；

(b)升温至705-750℃，进行搅拌、精炼凝固体4-10min，停止搅拌，静置保温16min以上；

(c)降温至650℃出炉，经挤压凝固体得到锻造品，所述挤压速度为15-150mm/min；

(d)在250-280℃装炉，升温至320-350℃，保温2.2-4h后继续升温至400-450℃，保温17-22h，出炉后在50-80℃水中淬火；和

(e)时效处理：首先在20-40℃下放置3-7h，然后在150-220℃下放置4-9h，最后在80-120℃下放置3-6h。

作为可选技术方案，本发明所述的铝锌镁合金的制备方法包括：

(a)制备镁基合金的熔融体，按配方：锌3wt%，铝3wt%，钛0.9wt%，锆0.07wt%，铼0.11wt%，钇0.14wt%，锰0.03wt％，锶0.23wt％，铌0.02wt％，包括镁92.4wt%，其余为不可避免的杂质，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化，得到凝固体，所述熔化温度为667℃；

(b)升温至705℃，进行搅拌、精炼凝固体10min，停止搅拌，静置保温16min以上；

(c)降温至650℃出炉，经挤压凝固体得到锻造品，所述挤压速度为120mm/min；

(d)在263℃装炉，升温至333℃，保温3h后继续升温至445℃，保温20h，出炉后在62℃水中淬火；和

(e)时效处理：首先在25℃下放置7h，然后在157℃下放置4h，最后在120℃下放置6h。

本发明的目的之二在于提供一种铝锌镁合金，所述铝锌镁合金在强度和韧性方面有很好的表现。

本发明所述铝锌镁合金包括：

锌1-3wt%，

铝3-9wt%，

钛0.5-0.9wt%，

锆0.07-0.14wt%，

铼0.02-0.11wt%，

其余包括镁和不可避免的杂质。

优选地，本发明所述铝锌镁合金中，锌的含量为1-3wt%，例如1wt%、1.3wt%、1.41wt%、1.53wt%、1.66wt%、1.78wt%、1.92wt%、2.0wt%、2.2wt%、2.71wt%、2.83wt%、2.99wt%、3.0wt%等，优选1.1-2.6wt%，进一步优选1.7-2.1wt%。

优选地，本发明所述铝锌镁合金中，铝的含量为3-9wt%，例如3.02wt%、3.15wt%、3.33wt%、3.97wt%、4.32wt%、5.29wt%、6.69wt%、7.33wt%、8.88wt%、9.00wt%等，优选3.2-8.9wt%，进一步优选3.7-7.4wt%。

优选地，本发明所述铝锌镁合金中，钛的含量为0.5-0.9wt%，例如0.51wt%、0.59wt%、0.68wt%、0.77wt%、0.84wt%、0.88wt%等，优选0.51-0.88wt%，进一步优选0.62-0.77wt%。

优选地，本发明所述铝锌镁合金中，锆的含量为0.07-0.14wt%，例如0.07wt%、0.09wt%、0.11wt%、0.12wt%、0.14wt%等，优选0.11-0.14wt%。

优选地，本发明所述铝锌镁合金中，铼的含量为0.02-0.11wt%，例如0.02wt%、0.04wt%、0.09wt%、0.10wt%、0.11wt%等，优选0.02-0.10wt%。

优选地，本发明所述铝锌镁合金中偶存铜含量在0.1wt％以下，例如≤0.08wt%、≤0.07wt%、≤0.05wt%、≤0.04wt%等。偶存铜意指本发明中

优选地，所述合金还包括钇0.01-0.14wt%，例如0.01wt%、0.02wt%、0.03wt%、0.09wt%、0.11wt%、0.13wt%、0.14wt%等，优选0.03-0.12wt%，进一步优选0.04-0.11wt%。

优选地，所述合金还包括锰0.02-0.7wt％，例如0.02wt%、0.03wt%、0.06wt%、0.12wt%、0.17wt%、0.23wt%、0.33wt%、0.49wt%、0.58wt%、0.63wt%、0.70wt%等，优选0.04-0.53wt%，进一步优选0.09-0.47wt%。

优选地，所述合金还包括锶0.02-0.23wt％，例如0.02wt%、0.05wt%、0.08wt%、0.11wt%、0.16wt%、0.19wt%、0.22wt%、0.23wt%等，优选0.02-0.22wt%，进一步优选0.06-0.19wt%。

优选地，所述合金还包括铌0.02-0.23wt％，例如0.02wt%、0.05wt%、0.06wt%、0.09wt%、0.14wt%、0.17wt%、0.20wt%、0.23wt%等。

作为本发明的优选技术方案，本发明所述铝锌镁合金提供一种铝锌镁合金，所述合金包括：锌1.1-2.6wt%，

铝3.2-8.9wt%，

钛0.51-0.88wt%，

锆0.08-0.12wt%，

铼0.02-0.10wt%，

钇0.01-0.14wt%，

锰0.02-0.7wt％，

锶0.02-0.23wt％，

铌0.02-0.23wt％，

其余包括镁、偶寸元素(incidental element)和不可避免的杂质。

优选地，所述铝锌镁合金中，镁的含量在80wt%以上；偶存铜含量在0.1重量％以下。

本发明的目的之三在于提供一种铝锌镁合金的用途。本发明所述铝锌镁合金具有很好的韧性和强度，可用于制造飞机和/或汽车的零部件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明所述的铝锌镁合金，选用向镁基中加入锌、铝、钛、锆、铼来改善镁合金的强度，并通过选取各成分的添加比例，获得了很好的强度效果。

（2）本发明所述的铝锌镁合金的制备方法中，通过三步时效处理，将铝锌镁合金沉淀硬化。首先室温条件处理，冷却后在高温下进行时效处理，然后在100℃左右再次进行时效处理。结果证明，三步时效处理，所得到的铝锌镁合金的硬度非常好。

附图说明

图1是本发明制备铝锌镁合金的工艺流程图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种铝锌镁合金的制备方法，包括如下步骤：

(a)制备镁基合金的熔融体，所述熔融体由以下组成：锌3wt%，铝3wt%，钛0.9wt%，锆0.07wt%，铼0.11wt%，镁92.92wt%，其余还包括其他不可避免的杂质；按配方，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化，得到凝固体，所述熔化温度为700℃；

(b)升温至750℃，进行搅拌、精炼凝固体4min，停止搅拌，静置保温20min；

(c)降温至650℃出炉，经挤压凝固体得到锻造品，所述挤压速度为15mm/min；

(d)在250℃装炉，升温至350℃，保温2.2h后继续升温至450℃，保温22h，出炉后在50℃水中淬火；和

(e)时效处理：首先在40℃下放置3h，然后在220℃下放置9h，最后在80℃下放置3h。

实施例2

(a)制备镁基合金的熔融体，所述熔融体由以下组成：锌1wt%，铝9wt%，钛0.5wt%，锆0.14wt%，铼0.02wt%，镁89.34wt%，其余还包括其他不可避免的杂质；按配方，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化，得到凝固体，所述熔化温度为650℃；

(b)升温至705℃，进行搅拌、精炼凝固体10min，停止搅拌，静置保温16min；

(c)降温至650℃出炉，经挤压凝固体得到锻造品，所述挤压速度为150mm/min；

(d)在280℃装炉，升温至320℃，保温4h后继续升温至400℃，保温17h，出炉后在80℃水中淬火；和

(e)时效处理：首先在20℃下放置7h，然后在150℃下放置4h，最后在120℃下放置6h。

实施例3

一种铝锌镁合金的制备方法，包括如下步骤：

实施例4

一种铝锌镁合金的制备方法，包括如下步骤：

(a)制备镁基合金的熔融体，按配方：锌2.3wt%，铝5wt%，钛0.65wt%，锆0.12wt%，铼0.05wt%，钇0.04wt%，锰0.3wt％，锶0.21wt％，包括镁91.33wt%，其余为不可避免的杂质，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化，得到凝固体，所述熔化温度为678℃；

(b)升温至732℃，进行搅拌、精炼凝固体5.9min，停止搅拌，静置保温18min；

(c)降温至650℃出炉，经挤压凝固体得到锻造品，所述挤压速度为100mm/min；

(d)在272℃装炉，升温至341℃，保温2.4h后继续升温至446℃，保温19h，出炉后在76℃水中淬火；和

(e)时效处理：首先在30℃下放置6h，然后在187℃下放置8h，最后在110℃下放置5.4h。

对比例

以CN1584090A中所述实施例为对比例。

一种高强度变形镁合金，包括1.5wt%铝、4.0wt%锌、0.12wt%锰、0.05wt%钙、0.10wt%硅和94.23wt%镁组成。

将本发明实施例所提供的铝锌镁合金进行对比，在万能拉伸试验机上测试抗拉强度、延伸率，对比结果如图1所示。

图1本发明实施例与对比例性能测试结果

序号	抗拉强度（MPa）	延伸率（%）
			实施例1	305	8.2
实施例2	310	9.3
			实施例3	330	13.1
实施例4	350	15.6
			对比例	290	7.5

由此可以看出，本发明提供的铝锌镁合金具有良好的抗拉强度和延伸率。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种铝锌镁合金的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

(a)制备镁基合金的熔融体，所述熔融体的组成为：锌1-3wt%，铝3-9wt%，钛0.5-0.9wt%，锆0.07-0.14wt%，铼0.02-0.11wt%，其余包括镁和不可避免的杂质；将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化得到凝固体；

(b)搅拌、精炼凝固体，并保温；

(c)降温出炉，经挤压凝固体得到锻造品；

(d)固溶热处理步骤（c）得到的锻造品；和

(e)时效处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（a）所述熔融体还包括钇0.01-0.14wt%；优选还包括约0.02-0.7wt％的锰；优选还包括约0.02-0.23wt％的锶；优选还包括约0.02-0.23wt％的铌；

优选地，步骤（a）所述熔融体的制备步骤为：按配方比例，将预热后的合金锭放入坩埚进行熔化；

优选地，所述熔化温度为650-700℃，优选655-675℃，进一步优选667℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（b）所述精炼温度为705-750℃，优选721-748℃，进一步优选732℃；

优选地，步骤（b）所述精炼时间为4-10min，优选5.5-7.9min，进一步优选5.9min；

优选地，步骤（b）所述保温时间为≥16min，优选16-22min，进一步优选18min；

优选地，步骤（c）所述挤压速度为15-150mm/min，优选21-120mm/min，进一步优选80mm/min。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，步骤（d）所述固溶热处理为在250-280℃装炉，升温至320-350℃，保温2.2-4h后继续升温至400-450℃，保温17-22h，出炉后在50-80℃水中淬火；

进一步优选地，步骤（d）所述固溶热处理为在272℃装炉，升温至333℃，保温2.4h后继续升温至446℃，保温19h，出炉后在76℃水中淬火。

5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤（e）所述的时效处理为首先在20-40℃下放置3-7h，然后在150-220℃下放置4-9h，最后在80-120℃下放置3-6h；

优选地，步骤（e）所述的时效处理为首先在25-35℃下放置5-7h，然后在181-190℃下放置7-9h，最后在100-120℃下放置5-6h。

6.一种铝锌镁合金，所述合金由权利要求1-5之一所述的方法制备得到，其特征在于，所述合金包括：

锌1-3wt%，

铝3-9wt%，

钛0.5-0.9wt%，

锆0.07-0.14wt%，

铼0.02-0.11wt%，

其余包括镁和不可避免的杂质。

7.根据权利要求6所述的合金，其特征在于，所述合金还包括钇0.01-0.14wt%；

优选地，所述合金还包括约0.02-0.7wt％的锰；

优选地，所述合金还包括约0.02-0.23wt％的锶；

优选地，所述合金还包括约0.02-0.23wt％的铌。

8.根据权利要求6或7所述的合金，其特征在于，其中偶存铜含量在0.1wt％以下。

9.根据权利要求6-8之一所述的合金，其特征在于，所述合金包括：

锌1.1-2.6wt%，

铝3.2-8.9wt%，

钛0.51-0.88wt%，

锆0.08-0.12wt%，

铼0.02-0.10wt%，

钇0.01-0.14wt%，

锰0.02-0.7wt％，

锶0.02-0.23wt％，

铌0.02-0.23wt％，

其余包括镁、偶寸元素和不可避免的杂质。

10.一种铝锌镁合金的用途，其特征在于，所述铝锌镁合金可用于飞机和/或汽车的零部件。