CN108624791A - 一种Al-Zn-Mg铝合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Al‑Zn‑Mg铝合金材料及其制备方法和应用。所述Al‑Zn‑Mg铝合金材料包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.2～5.2％，Mg＝0.8～1.6％，Cu＝0.05～0.3％，Mn＝0.15～0.45％，Cr＝0.10～0.40％，Zr＝0.10～0.20％，Ti＝0.02～0.10％，V＝0.01‑0.06％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。本发明通过对主合金元素含量、微合金化元素含量的优化调整，并采用特定的挤压型材制备工艺，得到一种强度高、耐蚀性能好、焊接性能好的Al‑Zn‑Mg铝合金材料。

Description

一种Al-Zn-Mg铝合金材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种Al-Zn-Mg铝合金材料及其制备方法和应用，属于铝合金材料加工技术领域。
背景技术
交通工具的轻量化是人们一直追逐的目标，轻质高强结构材料的应用可显著地降低交通工具的燃油消耗，提高运输效率。
铝合金因其质量轻、耐蚀性好、易加工等特点而广泛用作轨道交通、航空航天等领域的结构材料。而其中Al-Zn-Mg系铝合金是热处理可强化合金。经时效处理后，其强度可大幅度上升；同时因为其密度小为人们所青睐，成为轨道交通、航空航天等首选的结构材料。
然而，在交通工具长期服役过程中，构件(特别是构件焊接处)往往因侵蚀介质的作用而发生腐蚀，严重时导致构件提前损坏，使用寿命大大缩短，甚至危及交通安全。
因此，如何获得强度高、耐腐蚀、焊接性能良好的高综合性能的Al-Zn-Mg铝合金成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种强度高、耐蚀性能好、焊接性能好的Al-Zn-Mg铝合金材料。通过对主合金元素含量、微合金化元素含量的优化调整，并采用特定的挤压型材制备工艺，调控了该铝合金在挤压型材制备过程中的微观组织状态，从而使得该铝合金挤压型材具有良好综合性能。
一种Al-Zn-Mg铝合金材料，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.2～5.2％，Mg＝0.8～1.6％，Cu＝0.05～0.3％，Mn＝0.15～0.45％，Cr＝0.10～0.40％，Zr＝0.10～0.20％，Ti＝0.02～0.10％，V＝0.01-0.06％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
作为本发明实施方式之一，所述Al-Zn-Mg铝合金材料，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.5～4.6％，Mg＝1.2～1.3％，Cu＝0.04～0.06％，Mn＝0.45～0.45％，Cr＝0.10～0.12％，Zr＝0.18～0.20％，Ti＝0.08～0.10％，V＝0.01-0.02％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
作为本发明实施方式之一，所述Al-Zn-Mg铝合金材料，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝5.1～5.2％，Mg＝0.8～0.85％，Cu＝0.25～0.3％，Mn＝0.15～0.2％，Cr＝0.35～0.40％，Zr＝0.10～0.12％，Ti＝0.02～0.03％，V＝0.05-0.06％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
作为本发明实施方式之一，所述Al-Zn-Mg铝合金材料，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.2～4.3％，Mg＝1.5～1.6％，Cu＝0.1～0.2％，Mn＝0.3～0.4％，Cr＝0.2～0.3％，Zr＝0.10～0.15％，Ti＝0.09～0.10％，V＝0.02-0.04％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
此外，本发明所述的Al-Zn-Mg铝合金材料还具有如下特征中的一种或多种：
(1)抗拉强度大于350MPa；
(2)伸长率大于15.0％；
(3)剥落腐蚀性能优于EA级；
(4)慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数<5％；
(5)MIG焊接头强度系数>0.8。
本发明还提供了上述Al-Zn-Mg铝合金材料的制备方法，包括：将原料经熔铸、均匀化、挤压、淬火、时效处理，得到高综合性能的Al-Zn-Mg铝合金材料。
优选地，所述方法还可包括熔铸、均匀化、铣面、加热、挤压、固溶、淬火、时效，以及检查、包装、入库等工序。
优选地，所述熔铸温度为700-720℃，进一步优选710℃。
优选地，所述均匀化条件为：460-480℃/8h，进一步优选470℃/8h。
优选地，所述挤压温度为450～500℃；进一步优选为470℃。所述挤压比为10-20。
优选地，所述淬火冷却速率不低于180℃/s。
优选地，所述时效条件为：(20～60℃/48～720h)+(120～130℃/16～24h)+(170～180℃/8～24h)；优选25℃/72h+120℃/24h+180℃/8h。
本发明还提供上述Al-Zn-Mg铝合金挤压型材在轨道交通、航空航天、新能源汽车等领域中的应用。
本发明通过对主合金元素含量、微合金化元素含量的优化调整，采用现行工业化生产Al-Zn-Mg挤压型材的生产装备与流程，在掌握该合金型材微观组织对多项性能影响规律的基础上，通过合理地调控各工序的温度范围，得到一种强度高、耐蚀性能好、焊接性能好的Al-Zn-Mg铝合金挤压型材，降低了高综合性能挤压型材的生产成本。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明中采用如下标准对所得铝合金进行性能测试：
(1)挤压材的室温拉伸性能试验按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，拉伸速度为2mm/min；
(2)剥落腐蚀浸泡试验按国家标准GB/T 22639-2008进行；
(3)慢应变速率应力腐蚀试验按照GB/T 15970.7-2000标准进行，初始应变速率为10-6s-1，介质分别为空气和3.5％NaCl水溶液；
(4)挤压材的焊接按照ISO 15614-2-2005进行；
(5)焊接头室温拉伸性能按国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，拉伸速度为2mm/min。
实施例1-3
实施例1-3提供了一种Al-Zn-Mg铝合金材料，其具体成分(重量百分比)如表1。
表1
其中，杂量表示杂质元素总量(重量百分比)。
实施例1～3所述Al-Zn-Mg铝合金材料的制备方法，包括：熔铸-均匀化-铣面-加热-挤压-淬火-时效工序；其中，各工序具体的特征能数如表2所示。
表2
对比例1-3
对比例1-3提供了一种Al-Zn-Mg铝合金材料，其具体成分(重量百分比)如表3。
表3
其中，杂量表示杂质元素总量(重量百分比)。
对比例1～3所述Al-Zn-Mg铝合金材料的制备方法，包括：熔铸-均匀化-铣面-加热-挤压-淬火-时效工序；其中，各工序具体的特征能数如表4所示。
表4
效果验证
将上述所有实施例得到的铝合金材料采用前述检测方法进行性能检测，结果如表5。
表5
由上述检测结果可知，实施例1～3所得Al-Zn-Mg铝合金材料的性能特点：(1)抗拉强度大于350MPa；(2)伸长率大于15.0％；(3)剥落腐蚀性能优于EA级；(4)慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数<5％；(5)MIG焊接头强度系数>0.8。
而对比例1的元素Zn含量较高，其MIG焊接头强度系数小于0.80；
对比例2的第一级时效温度较高，慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数>5％，其MIG焊接头强度系数小于0.80；
对比例3的挤压前的加热温度较高，剥落腐蚀性能小于EA，慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数>5％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种Al-Zn-Mg铝合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.2～5.2％，Mg＝0.8～1.6％，Cu＝0.05～0.3％，Mn＝0.15～0.45％，Cr＝0.10～0.40％，Zr＝0.10～0.20％，Ti＝0.02～0.10％，V＝0.01-0.06％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg铝合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.5～4.6％，Mg＝1.2～1.3％，Cu＝0.04～0.06％，Mn＝0.45～0.45％，Cr＝0.10～0.12％，Zr＝0.18～0.20％，Ti＝0.08～0.10％，V＝0.01-0.02％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg铝合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝5.1～5.2％，Mg＝0.8～0.85％，Cu＝0.25～0.3％，Mn＝0.15～0.2％，Cr＝0.35～0.40％，Zr＝0.10～0.12％，Ti＝0.02～0.03％，V＝0.05-0.06％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg铝合金材料，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：Zn＝4.2～4.3％，Mg＝1.5～1.6％，Cu＝0.1～0.2％，Mn＝0.3～0.4％，Cr＝0.2～0.3％，Zr＝0.10～0.15％，Ti＝0.09～0.10％，V＝0.02-0.04％，Fe<0.2％，Si<0.15％，其它杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素含量不超过0.05％，余量为Al。
5.根据权利要求1-4任一所述的Al-Zn-Mg铝合金材料，其特征在于，具有如下特征中的一种或多种：
(1)抗拉强度大于350MPa；
(2)伸长率大于15.0％；
(3)剥落腐蚀性能优于EA级；
(4)慢应变速率拉伸应力腐蚀敏感指数<5％；
(5)MIG焊接头强度系数>0.8。
6.一种Al-Zn-Mg铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括：将原料经熔铸、均匀化、挤压、淬火、时效处理，即得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤压温度为450～500℃；优选为470℃。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述挤压的挤压比为10-20。
9.根据权利要求6-8任一所述的制备方法，其特征在于，所述时效条件为：(20～60℃/48～720h)+(120～130℃/16～24h)+(170～180℃/8～24h)；优选25℃/72h+120℃/24h+180℃/8h。
10.权利要求1-5任一所述Al-Zn-Mg铝合金材料在轨道交通、航空航天、新能源汽车中的应用。
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