[发明专利]一种易加工回收7系变形铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金金属技术领域，具体地说，是一种易加工回收7系变形铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金密度低，比强度和比刚度较高，成形性能好，是金属材料中用途广泛的轻金属之一，其使用量仅次于钢铁。铝合金结构件的传统生产工艺多为铸造，经常出现铸造缺陷等问题，大大降低了生产率。变形铝合金是熔铸成型后，再经热挤压、轧制等方法加工得到板材、线材和棒材等。同铸造铝合金相比，变形铝合金具有更高的强度、塑性、耐腐蚀性等特点，因而得到了更为广泛的应用。自上世纪60年代多，材料科技工作者在Al-Cu-Mg系合金基础上添加了少量的Ag元素，开发出了耐热型高强铝合金，该合金改变了Al-Cu-Mg系合金的析出序列，从而显著改善了合金性能，添加Ag后的铝合金具有更高的强度，更高的使用温度及更为良好的耐疲劳性能和断裂抗力。Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系合金都是可以进行热处理强化，且能通过简单工艺使其性能得到很大的提升。同时，Sc和Zr的添加会使合金中析出更多细小的弥散第二相Al₃Sc或Al₃(Sc,Zr)，由此来强化基体；Ag和Mg原子之间存在较强的相互作用，有大量的Mg-Ag共聚原子团形成，提供了Ω相有利的形核位置，在很大程度上提高了合金的室温和高温性能。但是这些弥散的第二相同时也对晶界和亚晶界具有很强的阻碍作用，一定条件下会对合金的回复再结晶过程造成严重的影响。因此，需要开发一种同时提高合金强度、降低再结晶难度的过程简单、成本较低制备效果优良的变形铝合金生产工艺，以此解决铝合金在强度和再结晶温度中两者不兼得的问题，提高其生产和回收效率。

电渣熔铸不同于传统重力铸造，它是一种利用电流通过液渣所产生的电阻热进行熔炼的冶金工艺。它能有效提纯金属并得到表面洁净、组织均匀致密的铸锭。室温下大塑性变形能细化晶粒，有效提高铝合金的强度和韧性；等通道转角挤压能获得致密的、大块的、较均匀的超细晶，获得综合力学性能优异的铝合金型材，且工艺相对简单。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种易加工回收的7系变形铝合金的成分组成及其制备方法。本发明采用多元微合金化手段，通过对多种微合金化元素的优化选择，控制多种微合金元素之间的配比，形成强度高、变形量大且容易再结晶的组织，克服了以往铝合金在铸造中缺陷较多的问题，兼顾材料的强度和韧性，获得综合力学性能优异的变形铝合金。

现有的高强度铝合金中一般添加微量元素Zr， Zr在铝合金凝固时会固溶在Al基体中，在后续的热处理中形成Al3Zr弥散相，提高沿晶断裂抗力，但Zr的添加会阻碍基体再结晶。研究发现，在添加微合金元素Zr的基础上，添加少量Cr，会形成更小的弥散相钉扎晶界和亚晶界，提高合金的强度，但同样会抑制其再结晶过程，所以本发明严格控制Zr、Cr元素的添加量，兼顾合金的力学性能和再结晶温度。研究表明，Ag元素的添加会使合金在时效初期，因Ag原子和Mg原子之间的较强相互作用，形成大量的Mg-Ag共聚原子团，为相的形核提供有利的位置，会很大程度提高合金的室温和高温性能。

基于以上研究和本发明的目的，本发明提供了一种易加工回收7系变形铝合金的成分配比，铝合金包括下述组分按重量百分比组成：Mg 0.2-0.5%、Zn 4-8%、Cu 0.05-0.3%、Zr 0-0.1%、Sc 0-0.2%、Cr 0-0.2%、Ag 0.001-0.1%，余量为Al。

其中，Si<0.15%、Mn<0.15%、Fe<0.15%、Ti<0.1%。

本发明还提供一种易加工回收的7系变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：

将待制备的铝合金原料铝锭、铝镁合金、铝锌合金、钪、铬和银混合后在SF₆和CO₂混合气体保护下置于760-780℃坩埚炉中熔炼制成铸棒；随后将铸棒装入电渣炉进行电渣熔炼；电渣熔炼后经水冷结晶器快速凝固得到铝合金铸锭。

将DC棒材在450℃~470℃下保温16小时，再升温至460℃~480℃保温8小时，出炉后立即淬火。

将上述合金在100℃~120℃下保温6小时，150℃~180℃下保温6小时。

将电渣熔铸得到的圆锭经室温冷塑性变形挤成坯料，挤压比为16:1。

对进行过一次挤压后的扁坯在室温下进行6个道次的等通道转角挤压成为最终型材，旋转角为90度，每道次挤压后试样按同一方向旋转90度进入下一道次挤压。

将挤压成型的最终型材在200℃~300℃下进行静态再结晶处理。