[发明专利]一种超高强铝合金棒材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高强铝合金棒材及其制造方法。

背景技术

7000系铝合金是在航天、航空及核工业等领域应用非常广泛的一种超高强合金，其特点主要是机械性能高，可以用来代替低碳钢使用。随着制造技术的不断发展，美国等先进国家已研发了7060、7095等超高强合金，这些合金被广泛应用于核工业。因此，为了保证国内核工业的发展需求，现亟需开发具有超高强度的新型7000系铝合金，该类7000系铝合金主要应用于核电站的建设和核反应堆的结构材料。

发明内容

本发明的目的是要解决现有铝合金棒材的抗拉强度较低以及在铸造和挤压过程中易产生裂纹的问题，而提供一种超高强铝合金棒材及其制造方法。

本发明超高强铝合金棒材中各元素的质量百分比如下：Zn：8.5％～9.6％、Mg：1.8％～2.6％、Cu：2.0％～2.6％、Zr：0.1％～1.5％、Fe≤1.2％、Si≤1.0％、Mn≤0.02％、Ti﹤0.05％和余量的Al。

本发明超高强铝合金棒材的制造方法按下列步骤实现：

一、按质量百分比为Zn：8.5％～9.6％、Mg：1.8％～2.6％、Cu：2.0％～2.6％、Zr：0.1％～1.5％和余量的Al的比例称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、电解铜、纯镁锭和纯锌锭作为原料，然后将原料加入到熔炼炉中，在720℃～740℃的温度下熔炼，得到铝合金熔液；

二、将步骤一得到的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为720℃～740℃和通有氩氯混合气体的条件下精炼10min，然后在温度为720℃～734℃和通入氩气的条件下精炼15min，静置后得到铸造熔体；

三、将步骤二得到的铸造熔体在温度为720℃～740℃、铸造速度为120mm/min～200mm/min、冷却水强度为0.06MPa～0.15MPa、冷却水温度为10℃～30℃和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法，得到铝合金圆铸锭；

四、将铝合金圆铸锭放置在退火炉中，在455℃～470℃的温度下保温20h～26h进行均匀化退火，出炉空冷后切锯、车皮，得到铝合金短铸锭；

五、将铝合金短铸锭放置在空气加热炉中加热，在铝合金短铸锭温度达到360℃～450℃后以0.1s^-1～10s^-1的变形速率热挤压成型，得到铝合金棒材；

六、将铝合金棒材放置在固溶热处理炉中固溶处理，固溶处理温度为460℃～480℃，固溶处理时间为1h～3h，采用水介质进行固溶处理，得到固溶后的铝合金棒材；

七、将步骤六得到的固溶后的铝合金棒材放置在时效炉中进行时效处理，时效处理温度为110℃～130℃，时效处理时间为20h～28h，出炉后锯切、精整处理后，得到超高强铝合金棒材。

本发明制造的铝合金热挤压棒材的合金成分满足标准要求，提高了熔体质量，通过采用高纯铝合金铸锭来降低熔体中的Fe、Si含量，从而解决了铸锭铸造过程由于含Fe和Si的粗大化合物，减少了铸锭裂纹倾向，并通过科学控制挤压温度和挤压应变速率，能够减少棒材挤压裂纹的产生，同时，可以获得细小的组织。并控制固溶处理和时效处理的温度，提高铝合金棒材的力学强度，确保棒材的抗拉强度达到700Mpa以上。本发明解决了圆铸锭铸造时产生的裂纹，改善了短铸锭的热加工性能，降低了挤压裂纹废品，使棒材的力学性能达到了最大指标，满足核工业用铝合金棒材的需求。

本发明制造得到的新型超高强铝合金棒材，经检测屈服强度为427～494MPa，抗拉强度为715～740MPa，延伸率≥3.5～4.5％。

附图说明

图1为实施例一中步骤三得到的铝合金圆铸锭的高倍放大显微组织图；

图2为实施例一得到的超高强铝合金棒材的SEM扫描形貌图；

图3为实施例一中拉伸超高强铝合金棒材得到的断口SEM扫描形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式超高强铝合金棒材中各元素的质量百分比如下：Zn：8.5％～9.6％、Mg：1.8％～2.6％、Cu：2.0％～2.6％、Zr：0.1％～1.5％、Fe≤1.2％、Si≤1.0％、Mn≤0.02％、Ti﹤0.05％和余量的Al。

本实施方式中的杂质元素主要来源于铝锭；杂质Fe≤1.2％、Si≤1.0％、Mn≤0.02％、Ti﹤0.05％，此范围内的杂质对铝合金棒材的性能没有影响。

具体实施方式二：本实施方式超高强铝合金棒材的制造方法按下列步骤实现：