CN108315612A - 一种高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强韧抗腐蚀Al‑Zn‑Mg系铝合金及其制备方法，铝合金含有主合金元素Zn、Mg、Cu和微合金化元素Mn、Cr、Er、Ti、B等，其余为Al和不可避免的杂质元素。其制备方法包括熔化铝合金液、炉内喷吹精炼、在线晶粒细化、在线除气过滤、半连续铸造、铸锭均匀化、加热与挤压、在线淬火和人工时效处理。本发明通过优化设计合金的成分组成及其制备工艺，抑制再结晶和晶粒长大，使Al‑Zn‑Mg系铝合金沿挤压方向获得纤维晶组织，提高铝合金挤压材的断裂韧性和抗腐蚀性能，铝合金挤压材具有优异的综合性能，适合于制造汽车、轨道车辆、船舶、飞机等交通运输工具轻量化用铝材。

Description

一种高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金制备技术领域，具体是涉及一种高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金及其制备方法。
背景技术
随着汽车、轨道车辆、船舶、飞机等交通运输工具轻量化的发展，铝合金在交通运输工具上的应用日益扩大。交通运输工具对铝合金的综合性能要求较高，如具有较高的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能，以提高交通运输工具的安全性、抗冲击性和耐持久性等。Al-Zn-Mg系铝合金是可热处理强化的高强度铝合金，虽然具有强度高的优点，但用于交通运输工具时，普遍存在断裂韧性不足和腐蚀敏感性较大的问题，主要原因是Al-Zn-Mg系铝合金的合金化元素含量较高，高合金化导致强度与韧性之间存在较大的制约关系，高密度的析出强化相在晶界聚集容易引发应力腐蚀和晶界腐蚀等。通过多元微合金化形成微细铝化物弥散相，抑制再结晶和晶粒长大，保持挤压加工态的纤维晶组织，可以同时提高铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能。但现有技术还无法使Al-Zn-Mg系铝合金沿挤压方向上获得完全纤维晶组织，使断裂韧性和抗腐蚀性能的提高仍然受到较大的限制。因此，现有Al-Zn-Mg系铝合金及其制备方法仍有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金及其制备方法，通过优化设计合金的成分组成及其制备工艺，抑制再结晶和晶粒长大，使铝合金沿挤压方向获得完全纤维晶组织，同时提高铝合金挤压材的断裂韧性和抗腐蚀性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金，其特点是由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.6～5.9%，Mg 0.5～0.8%，Cu 0.3～0.5%，Mn 0.4～0.6%，Cr 0.2～0.3%，Er 0.2～0.3%，Ti 0.02～0.03%，B 0.004～0.006%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Mn、Cr、Er的质量比为2:1:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%。
本发明所述的高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在770～780℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6～5.9%的锌锭、0.5～0.8%的镁锭、1.5～2.5%的Al-20Cu合金、2～3%的Al-20Mn合金、2～3%的Al-10Cr合金和2～3%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼10～15分钟，扒渣后静置30～40分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4～0.6%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150～160转/分钟、氩气流量为5～6立方米/小时的除气机和孔隙度为30～40ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670～680℃、铸造速度110～120毫米/分钟、冷却水压力1～2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至450～460℃均匀化处理3-4小时，再继续加热到550～560℃均匀化处理2-3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至520～530℃，在挤压速度7～8米/分钟、挤压比60～70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至150～160℃时效9～10小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过优化设计特定的合金成分组成，解决了Al-Zn-Mg系铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能之间的矛盾关系，确保铝合金可以同时具有高强度、高断裂韧性和优异抗腐蚀性能的优点；
（2）本发明通过在线晶粒细化处理和优化设计半连续铸造工艺参数，控制铝合金铸锭的晶粒尺寸为200～300微米，确保铝合金铸锭挤压后可以获得完全纤维晶组织；
（3）本发明通过复合添加特定成分的Mn、Cr、Er元素，抑制再结晶和晶粒长大，严格控制铝合金铸锭的均匀化和挤压工艺参数，使铝合金沿挤压方向上获得完全纤维晶组织，同时提高铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能；
（4）本发明铝合金的抗拉强度大于400MPa，断后伸长率大于14%，断裂韧性大于55KIC，抗应力腐蚀试验大于40天，具有高强度、高断裂韧性和优异抗腐蚀性能的优点。
具体实施方式
下面对本发明所述高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金的成分组成意义及含量范围限定理由进行说明。
本发明所述的高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金，其特点是由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.6～5.9%，Mg 0.5～0.8%，Cu 0.3～0.5%，Mn 0.4～0.6%，Cr 0.2～0.3%，Er0.2～0.3%，Ti 0.02～0.03%，B 0.004～0.006%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Mn、Cr、Er的质量比为2:1:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%。
Zn、Mg、Cu是铝合金的主要合金元素，这些元素在铝合金中除了具有固溶强化作用外，Zn和Mg还可析出MgZn2强化相，Cu与Al还可析出Al2Cu强化相，增强铝合金的强度。Zn、Mg、Cu的含量越高，铝合金的强度也越高，但断裂韧性会逐渐下降，应力腐蚀敏感性增大。申请人通过对合金成分的***研究后发现，当Zn含量小于5.6%，Mg含量小于0.5%或者Cu含量小于0.3%时，铝合金的强度达不到400MPa。当Zn含量大于5.9%，Mg含量大于0.8%或者Cu含量大于0.5%时，铝合金的断裂韧性和抗腐蚀性能会显著恶化。当Zn含量为5.6～5.9%，Mg含量为0.5～0.8%，Cu含量为0.3～0.5%时，可以平衡铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能之间的矛盾关系，确保铝合金可以同时具有高强度、高断裂韧性和优异抗腐蚀性能的优点。
Mn、Cr、Er是铝合金的微合金化元素，在铝合金中主要起到抑制再结晶和晶粒长大的作用。申请人通过大量的实验研究发现，虽然Mn、Cr、Er元素对铝合金都有抑制再结晶的作用，但单独添加Mn、Cr、Er中一种或两种元素时，都不能使铝合金沿挤压方向获得完全纤维晶组织，只有复合添加Mn、Cr、Er三种元素时，才可能使铝合金沿挤压方向获得完全纤维晶组织。当Mn含量为0.4～0.6%，Cr含量为0.2～0.3%，Er含量为0.2～0.3%，且Mn、Cr、Er的质量比为2:1:1时，可以确保铝合金沿挤压方向获得完全纤维晶组织。当Mn、Cr、Er的含量范围不在上述范围或者质量比不是2:1:1时，都不能确保铝合金沿挤压方向获得完全纤维晶组织，只能获得由纤维晶和再结晶晶粒组成的混合晶粒组织。
Ti、B是以Al-5Ti-1B合金丝形式加入到铝合金液中，主要作用是细化铝合金铸锭的晶粒组织，改善铝合金铸锭的组织均匀性。Al-5Ti-1B合金丝中含有大量的TiB2粒子，Al-5Ti-1B合金丝的添加量越多，铝合金液中的TiB2粒子数量也越多，晶粒细化效果也越好。申请人的大量实验研究证明，添加0.4～0.6%的Al-5Ti-1B合金丝，铝合金中含有0.02～0.03%的Ti，0.004～0.006%的B，可以控制铝合金铸锭的晶粒尺寸为200～300微米，确保铝合金铸锭挤压后可以获得纤维晶组织。
Fe和Si是铝锭、锌锭、镁锭中不可避免的杂质元素。申请人通过实验研究发现，当Fe含量大于0.15%，Si的含量大于0.1%时，Fe和Si在铝合金中会形成粗大的针状AlFeSi系金属间化合物，该化合物属于脆硬相，是常常成为铝合金发生断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，会严重恶化铝合金的强度和断裂韧性。因此，需要严格控制Fe和Si的含量。本发明通过选用纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料，控制Fe含量小于0.15%，Si的含量小于0.1%，再结合后续的铸锭均匀化处理，可以消除Fe、Si杂质元素的对铝合金强度和断裂韧性的影响。
下面对本发明所述高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金的制备方法及主要工艺参数的选择意义和理由进行说明。
本发明所述的高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在770～780℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6～5.9%的锌锭、0.5～0.8%的镁锭、1.5～2.5%的Al-20Cu合金、2～3%的Al-20Mn合金、2～3%的Al-10Cr合金和2～3%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼10～15分钟，扒渣后静置30～40分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4～0.6%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150～160转/分钟、氩气流量为5～6立方米/小时的除气机和孔隙度为30～40ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670～680℃、铸造速度110～120毫米/分钟、冷却水压力1～2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至450～460℃均匀化处理3-4小时，再继续加热到550～560℃均匀化处理2-3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至520～530℃，在挤压速度7～8米/分钟、挤压比60～70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至150～160℃时效9～10小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
气孔和夹杂是铝合金的常见缺陷，这些缺陷也是铝合金断裂的裂纹源和被腐蚀的起点，因此，提高铝合金的纯净度是保障铝合金获得高综合性能的基础。本发明先采用六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼除气除杂，然后再将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150～160转/分钟、氩气流量为5～6立方米/小时的除气机和孔隙度为30～40ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理，对铝合金液进行深度净化，使铝合金液的气含量低于0.11毫升/100克铝，非金属夹杂物含量PoDFA低于0.0平方毫米/公斤，大幅度铝合金的洁净度，消除气孔和夹杂对铝合金力学性能和抗腐蚀性能的影响。
申请人通过实验深入研究后发现，当铝合金铸锭的晶粒尺寸为200～300微米时，最有利于铝合金挤压材获得完全纤维晶组织。本发明采用Al-5Ti-1B合金丝在线晶粒细化处理基础上，通过优化铝合金铸锭的半连续铸造工艺参数，在铝合金液铸造温度670～680℃、铸造速度110～120毫米/分钟、冷却水压力1～2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭，铝合金铸锭的晶粒尺寸为200～300微米，非常有利于铝合金挤压后获得完全纤维晶组织。如果铸造工艺参数不在上述匹配范围内，均无法使铝合金铸锭获得200～300微米的晶粒，挤压后也无法获得完全纤维晶组织。
均匀化处理的目的是消除铸锭内部合金元素的宏微观偏析，使合金元素和粗大金属间化合物充分熔解。申请人通过大量实验研究后发现，将铝合金铸锭加热至450～460℃均匀化处理3-4小时，再继续加热到550～560℃均匀化处理2-3小时，然后水雾强制冷却至室温，可以完全消除铸锭内部Zn、Mg、Cu元素的宏微观偏析，使元素和粗大金属间化合物充分熔解固溶。
合适的挤压工艺是获得完全纤维晶组织的重要条件。申请人通过对本发明所述铝合金的挤压工艺研究后发现，将铝合金铸锭加热至520～530℃，在挤压速度7～8米/分钟、挤压比60～70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温，铝合金挤压材沿挤压方向上可获得完全纤维晶组织，铝合金挤压材展现出高强度、高断裂韧性和高抗腐蚀性能的优异综合性能。如果挤压工艺参数不在上述匹配范围内，均无法获得完全纤维晶组织，只能得到由纤维晶粒和再结晶晶粒构成的混合晶粒组织，并且还可能出现铝合金变形抗力会太大，挤压困难，或者挤压后铝合金在线淬火不充分等问题，无法获得期望的铝合金性能。
申请人通过对本发明所述铝合金的时效工艺研究后发现，将挤压铝合金加热至150～160℃时效9～10小时，然后随炉冷却，可以得到最佳的强度、断裂韧性和抗腐蚀性能。如果时效温度低于150℃或者时效时间小于9小时，则为亚时效，而时效温度高于160℃或者时效时间大于10小时，则会出现过时效，均达不到期望的铝合金强度、断裂韧性和抗腐蚀性能。
下面结合具体的实施例和对比例对本发明的技术方案作进一步的说明，以便更好的理解本发明的技术方案。
实施例1：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.6%，Mg 0.8%，Cu 0.5%，Mn 0.4%，Cr 0.2%，Er 0.2%，Ti 0.03%，B 0.006%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在770℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6%的锌锭、0.8%的镁锭、2.5%的Al-20Cu合金、2%的Al-20Mn合金、2%的Al-10Cr合金和2%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼12分钟，扒渣后静置35分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.6%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150转/分钟、氩气流量为6立方米/小时的除气机和孔隙度为30ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670℃、铸造速度120毫米/分钟、冷却水压力1MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至460℃均匀化处理3小时，再继续加热到550℃均匀化处理3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至520℃，在挤压速度8米/分钟、挤压比70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至160℃时效9小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
实施例2：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.8%，Mg 0.6%，Cu 0.4%，Mn 0.5%，Cr0.25%，Er 0.25%，Ti 0.02%，B 0.004%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在775℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.8%的锌锭、0.6%的镁锭、2%的Al-20Cu合金、2.5%的Al-20Mn合金、2.5%的Al-10Cr合金和2.5%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼15分钟，扒渣后静置30分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为160转/分钟、氩气流量为5立方米/小时的除气机和孔隙度为40ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度680℃、铸造速度110毫米/分钟、冷却水压力2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至455℃均匀化处理3.5小时，再继续加热到5505℃均匀化处理2.5小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至525℃，在挤压速度7米/分钟、挤压比65条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至155℃时效9小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
实施例3：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.9%，Mg 0.5%，Cu 0.3%，Mn 0.6%，Cr 0.3%，Er 0.3%，Ti 0.02%，B 0.004%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在780℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.9%的锌锭、0.5%的镁锭、1.5%的Al-20Cu合金、3%的Al-20Mn合金、3%的Al-10Cr合金和3%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼10分钟，扒渣后静置40分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150转/分钟、氩气流量为6立方米/小时的除气机和孔隙度为30ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670℃、铸造速度120毫米/分钟、冷却水压力1.5MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至450℃均匀化处理4小时，再继续加热到560℃均匀化处理3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至530℃，在挤压速度8米/分钟、挤压比70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至150℃时效10小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
实施例4：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.6%，Mg 0.5%，Cu 0.3%，Mn 0.4%，Cr 0.2%，Er 0.2%，Ti 0.02%，B 0.004%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在780℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6%的锌锭、0.5%的镁锭、1.5%的Al-20Cu合金、2%的Al-20Mn合金、2%的Al-10Cr合金和2%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼15分钟，扒渣后静置30分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为160转/分钟、氩气流量为5立方米/小时的除气机和孔隙度为35ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670℃、铸造速度120毫米/分钟、冷却水压力1.5MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至450℃均匀化处理4小时，再继续加热到550℃均匀化处理3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至530℃，在挤压速度7.5米/分钟、挤压比65条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至160℃时效9小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
实施例5：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.9%，Mg 0.8%，Cu 0.5%，Mn 0.6%，Cr 0.3%，Er 0.3%，Ti 0.03%，B 0.006%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在775℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.9%的锌锭、0.8%的镁锭、2.5%的Al-20Cu合金、3%的Al-20Mn合金、3%的Al-10Cr合金和3%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼10分钟，扒渣后静置40分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.6%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为155转/分钟、氩气流量为5.5立方米/小时的除气机和孔隙度为35ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度675℃、铸造速度115毫米/分钟、冷却水压力1.5MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至455℃均匀化处理3.5小时，再继续加热到555℃均匀化处理2.5小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至525℃，在挤压速度7.5米/分钟、挤压比65条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至155℃时效9.5小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
对比例1：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.6%，Mg 0.8%，Cu 0.5%，Mn 0.3%，Cr 0.2%，Er 0.2%，Ti 0.03%，B 0.006%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在770℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6%的锌锭、0.8%的镁锭、2.5%的Al-20Cu合金、1.5%的Al-20Mn合金、2%的Al-10Cr合金和2%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼12分钟，扒渣后静置35分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.6%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150转/分钟、氩气流量为6立方米/小时的除气机和孔隙度为30ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670℃、铸造速度120毫米/分钟、冷却水压力1MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至460℃均匀化处理3小时，再继续加热到550℃均匀化处理3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至520℃，在挤压速度8米/分钟、挤压比70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至160℃时效9小时，随炉冷却后得到Al-Zn-Mg系铝合金。
对比例2：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.8%，Mg 0.6%，Cu 0.4%，Mn 0.5%，Cr0.25%，Er 0.25%，Ti 0.02%，B 0.004%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%；其制备方法包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在775℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.8%的锌锭、0.6%的镁锭、2%的Al-20Cu合金、2.5%的Al-20Mn合金、2.5%的Al-10Cr合金和2.5%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼15分钟，扒渣后静置30分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为160转/分钟、氩气流量为5立方米/小时的除气机和孔隙度为40ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度680℃、铸造速度110毫米/分钟、冷却水压力2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至455℃均匀化处理3.5小时，再继续加热到5505℃均匀化处理2.5小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至525℃，在挤压速度7米/分钟、挤压比50条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至155℃时效9小时，随炉冷却后得到Al-Zn-Mg系铝合金。
按行业标准YB/T4290-2012《金相检测面上最大晶粒尺寸级别测定方法》，在实施例和对比例制备的铝合金上取样，试样经磨制、抛光和腐蚀后，在LEICA-300型金相显微镜下对铝合金挤压方向的显微组织进行观察，检测结果如表1所示。
按国家标准GB/T16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》，将实施例和对比例制备的铝合金加工成标准拉伸试样，在HGF-500型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，检测铝合金的抗拉强度和断后伸长率，检测结果如表1所示。
按国家标准GB/T4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法》，将实施例和对比例制备的铝合金加工成标准试样，在GJJH-550型断裂试验上进行平面应变断裂韧性KIC试验，检测铝合金的断裂韧性，检测结果如表1所示。
按国家标准GB/T22640-2008《铝合金加工产品的环形试样应力腐蚀试验方法》，将实施例和对比例制备的铝合金加工成标准试样，在GYG-400型应力腐蚀试验机上进行C环应力腐蚀试验，应力为400MPa，检测铝合金的抗应力腐蚀性能，检测结果如表1所示。
表1 实施例和对比例Al-Zn-Mg系铝合金的检测结果
金相显微组织 抗拉强度/MPa 断后伸长率/% 断裂韧性/KIC 抗应力腐蚀/天
实施例1 完全纤维晶组织 432.1 16.4 58.3 43
实施例2 完全纤维晶组织 412.7 16.8 59.2 47
实施例3 完全纤维晶组织 429.2 15.7 61.7 49
实施例4 完全纤维晶组织 405.9 18.8 64.5 45
实施例5 完全纤维晶组织 442.6 14.1 55.6 41
对比例1 纤维晶+再结晶组织 398.1 12.9 49.4 35
对比例2 纤维晶+再结晶组织 374.5 13.1 42.3 33
从表1可看到，实施例1-5的Al-Zn-Mg系铝合金沿挤压方向上均为完全纤维晶组织，铝合金的抗拉强度大于400MPa，断后伸长率大于14%，断裂韧性大于55KIC，抗应力腐蚀试验大于40天，表明本发明所制备铝合金具有高强度、高断裂韧性和高抗腐蚀性能的优点。对比例1的Al-Zn-Mg系铝合金，Mn含量小于0.4%，且Mn、Cr、Er的质量比不是2:1:1，对比例2的Al-Zn-Mg系铝合金，挤压比低于60，导致对比例1和对比例2的Al-Zn-Mg系铝合金沿挤压方向上均不是完全纤维晶组织，而是纤维晶+再结晶晶粒构成的混合晶粒组织，因此，铝合金的抗拉强度低于400MPa，断后伸长率低于14%，断裂韧性低于50KIC，抗应力腐蚀试验低于40天。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (2)

1.一种高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金，其特征在于该铝合金由以下质量百分比的成分组成：Zn 5.6～5.9%，Mg 0.5～0.8%，Cu 0.3～0.5%，Mn 0.4～0.6%，Cr 0.2～0.3%，Er0.2～0.3%，Ti 0.02～0.03%，B 0.004～0.006%，Fe≤0.15%，Si≤0.1%，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Mn、Cr、Er的质量比为2:1:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05%，总量≤0.15%。
2.一种权利要求1所述高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：选用Al-20Cu合金、Al-20Mn合金、Al-10Cr合金、Al-10Er合金、Al-5Ti-1B合金丝和纯度为99.7%的铝锭、纯度为99.9%的锌锭、纯度为99.9%的镁锭作为原材料；
第二步：将铝锭在770～780℃加热熔化，然后加入占原材料总重量为5.6～5.9%的锌锭、0.5～0.8%的镁锭、1.5～2.5%的Al-20Cu合金、2～3%的Al-20Mn合金、2～3%的Al-10Cr合金和2～3%的Al-10Er合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：用六氯乙烷精炼剂对炉内铝合金液进行喷吹精炼10～15分钟，扒渣后静置30～40分钟；
第四步：将炉内铝合金液导入流槽，将占原材料总重量为0.4～0.6%的Al-5Ti-1B合金丝加入到铝合金液中进行在线晶粒细化处理；
第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150～160转/分钟、氩气流量为5～6立方米/小时的除气机和孔隙度为30～40ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将铝合金液在铸造温度670～680℃、铸造速度110～120毫米/分钟、冷却水压力1～2MPa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
第七步：将铝合金铸锭加热至450～460℃均匀化处理3-4小时，再继续加热到550～560℃均匀化处理2-3小时，然后水雾强制冷却至室温；
第八步：将铝合金铸锭加热至520～530℃，在挤压速度7～8米/分钟、挤压比60～70条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；
第九步：将挤压铝合金加热至150～160℃时效9～10小时，随炉冷却后得到高强韧抗腐蚀Al-Zn-Mg系铝合金。
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