CN107058829A - 具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金及制备方法 - Google Patents

具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金及制备方法。含钪高锌变形铝合金中Zn的重量百分比含量为20‑35%,Sc的重量百分比含量为0.25%‑0.5%,合金平均晶粒尺寸为0.5μm。采用铸造工艺，浇注温度为700‑730℃。随后进行固溶处理，固溶温度为400‑450℃，固溶时间为1‑5小时。最后进行多道次的轧制变形，变形温度为室温‑400℃，总变形量为50%‑90%。本发明的Al‑Zn合金具有强度、塑性适中、阻尼性能优异，其最大抗拉强度为390‑460MPa；最大延伸率为5%‑14%；室温高应变阻尼系数为0.013‑0.018；300℃低应变阻尼系数为0.4‑0.6。

Description

具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金及制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金及制备方法。
背景技术
变形铝合金因其高比强度、高韧性、优异耐腐蚀性能等优异力学或物理性能而被广泛应用于工程领域。目前，人们已经开发出了8大系列商用变形铝合金。但传统商用铝合金也被认为是低阻尼合金，这极大地限制了铝合金在某些特殊领域，如震动敏感及噪音装备上的应用。
大量研究表明锌-铝（Zn-Al）合金因其特殊的Al、Zn相混合结构而具有优异的阻尼性能。但Zn-Al合金强度较低，无法作为结构材料使用。提高Zn-Al合金中Al含量，获得高Zn含量的Al-Zn合金，可以有效地优化材料的力学性能。大量研究表明高Zn含量的Al-Zn合金同样具有特殊的Al、Zn相混合结构，因此该合金有望同时获得高力学及阻尼性能，进而拓展铝合金的工程应用范围。
晶粒细化在优化铝合金力学性能的同时还可提高合金的阻尼性能。因此在Al-Zn合金基体中加入特定的合金元素，可细化该合金的微观结构，有望进一步优化该合金的力学及阻尼性能。大量研究表明稀土元素钪（Sc）可细化多种铝合金微观结构。但是，到目前为止，还未出现关于含钪高锌变形合金的应用报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高强度、高韧性以及高阻尼性能的含钪高锌变形合金及其制备方法。本发明主要是利用工业纯铝、工业纯锌、Al-2Sc中间合金作为原料，借助于熔炼、铸造、热处理、轧制变形手段，可得到具有优异力学及阻尼性能的变形铝合金。
本发明的技术方案如下：
一、本发明的含钪高锌变形铝合金中Zn的重量百分比含量为20-35%, Sc的重量百分比含量为0.25%-0.5%，合金平均晶粒尺寸大约为0.5 μm。
二、上述Al-Zn-Sc合金的制备方法：
1、原材料：工业纯铝块、工业纯锌丝、Al-2Sc中间合金块。
2、铸造Al-Zn-Sc合金：将60-90g Al-2Sc中间合金块及120-140 g铝块在电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。待块体完全融化后，将50-110 g锌丝沉入熔池，降低炉内温度至700-730℃，保温20分钟后，进行浇注，铸型为石墨铸型，制备出锌重量百分比含量为20-35%，钪重量百分比含量为0.25-0.5%的铸造态Al-Zn-Sc三元合金。
3、Al-Zn-Sc合金固溶处理：将步骤（1）所得铸造态Al-Zn-Sc三元合金在400℃-475℃环境下保温1-5小时后，进行水冷处理。
4、Al-Zn-Sc合金轧制变形：将步骤（2）所得固溶后的Al-Zn-Sc三元合金进行多道次的轧制变形，变形温度为室温-400℃，总变形量为50%-90%。
本发明与现有市面商用铝合金相比具有如下优点：1）本发明的铝合金强度适中，最大抗拉强度为390-470MPa、2）塑性适中，最大延伸率为5%-14%、3）阻尼性能优异，室温高应变阻尼系数为0.013-0.018，300℃低应变阻尼系数为0.4-0.6。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的变形Al-Zn合金的透射照片。
具体的实施方式：
实施例1：
（1）将80g Al-2Sc中间合金块和120g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产)放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。铝锭完全融化后，加入108g纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）。同时将炉内温度降低至700℃，保温20分钟后，进行浇注，铸型为石墨铸型，得到铸造态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金。
（2）对步骤（1）所得铸造态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金在400℃环境下保温5小时后，进行水冷处理。得到固溶态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金。
（3）对步骤（2）所得固溶态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金进行400℃热轧，单道次变形量为5%，热轧总变形量为90%。
实施例2：
（1）将80g Al-2Sc中间合金块和120g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产)放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。铝锭完全融化后，加入108g纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）。同时将炉内温度降低至700℃，保温20分钟后，进行浇注。铸型为石墨铸型。得到铸造态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金。
（2）对步骤（1）所得铸造态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金在400℃环境下保温5小时后，进行水冷处理，得到固溶态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金。
（3）对步骤（2）所得固溶态Al-35%Zn-0.5%Sc三元合金进行400℃热轧，单道次变形量为5%，热轧总变形量为50%。对热轧后的Al-35%Zn-0.5%Sc合金再进行单道次变形量为5%的冷轧，冷轧总变形量为80%。
实施例3：
（1）将63g Al-2Sc中间合金块和137g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产)放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。铝锭完全融化后，加入50g纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）。同时将炉内温度降低至730℃，保温20分钟后，进行浇注，铸型为石墨铸型，得到铸造态Al-20%Zn-0.5%Sc三元合金。
（2）对步骤（1）所得铸造态Al-20%Zn-0.5%Sc三元合金在450℃环境下保温1小时后，进行水冷处理，得到固溶态Al-20%Zn-0.5%Sc三元合金。
（3）对步骤（2）所得固溶态Al-20%Zn-0.5%Sc三元合金进行室温冷轧，单道次变形量为5%，冷轧总变形量为90%。
对最终得到的变形铝合金进行力学性能测试。力学性能测试在室温条件下，在万能力学试验机下进行。
本发明变形铝合金的屈服强度≥370MPa，最大抗拉强度≥390MPa，抗拉延伸率≥5%,室温高应变阻尼系数≥0.013，300℃低应变阻尼系数≥0.4。
测试的具体数据见表1。
表1：本发明获得的合金力学性能测试结果
编号 屈服强度（MPa） 最大抗拉强度（MPa） 抗拉延伸率（%） 室温高应变阻尼系数 300℃低应变阻尼系数 晶粒尺寸（μm） 来源
实施例1 430 460 11 0.017 0.6 0.5 实测
实施例2 440 470 5 0.018 0.5 0.4 实测
实施例3 370 390 14 0.013 0.4 0.7 实测

Claims (2)

1.一种具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金，其特征在于具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金中Zn的重量百分比为20-35%, Sc的重量百分比含量为0.25%-0.5%，合金平均晶粒尺寸为0.5 μm。
2.根据权利要求1所述具有超细晶结构的高性能含钪高锌变形铝合金的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将60-90g Al-2Sc中间合金块及120-140 g铝块在电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境；待块体完全融化后，将50-110 g锌丝沉入熔池，降低炉内温度至700-730℃，保温20分钟后，进行浇注；铸型为石墨铸型；制备出锌重量百分比含量为20-35%，钪重量百分比含量为0.25-0.5%的铸造态Al-Zn-Sc三元合金；
（2）将步骤（1）所得铸造态Al-Zn-Sc三元合金在400℃-475℃环境下保温1-5小时后，进行水冷处理；
（3）将步骤（2）所得固溶后的Al-Zn-Sc三元合金进行多道次的轧制变形，变形温度为室温-400℃，总变形量为50%-90%。
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