[发明专利]一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金制备方法

说明书

一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金制备方法，涉及铝合金领域。其元素质量百分比，Zn:5.0‑5.5％，Mg：3.0‑3.3％，Mn：0.25‑0.3％，微合金元素Er:0.10％‑0.13％,Zr:0.10‑0.13％，余量为Al及不可避免的杂质；本发明同时公开添加微量Er与Zr元素高强高韧Al‑Zn‑Mg铝合金热变形工艺及热处理工艺，其中包括均匀化、热变形、固溶处理及时效处理。本发明的室温拉伸性能优异，达到轨道交通运输领域的工业应用要求，适用于生产制造。

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，具体涉及一种高强度高韧Al- Zn-Mg铝合金制备方法。

背景技术

铝合金具有高比模量、高比强度以及优良的导电性、导热性与耐腐蚀性，这些优异的性能使得其在压力容器制造领域、汽车制造领域、航空航天领域、轨道交通领域有着广泛的应用。目前，Al- Zn-Mg合金作为一种超硬铝其包含的合金元素通常有Zn、Mg、Cu、 Mn、Sc、Zr等，而Zn、Mg为主要合金元素。在Al-Zn-Mg合金中添加微量稀土元素能有效改善合金的微观组织结构，改善并提升铝合金的强韧性、抗腐蚀和疲劳等综合性能。在所有微合金化元素中，现有研究表明，添加Er不仅使得材料性能得到明显的改善，还能够使合金材料成本降低。但是，Er在铝合金中的溶解度有限，Er在 Al-Zn-Mg合金在铸造组织的晶界处析出含Er共晶相，难以在均匀化处理中消除，并且，Er在铝合金中的扩散速度较快，高温固溶下 Al₃(Er)相易发生粗化，失去细化晶粒、钉轧位错与亚结构的作用，从而大幅度降低微合金化对Al-Zn-Mg合金综合力学性能的提升效果。

为了解决上述问题，改善Al-Zn-Mg合金的综合力学性能，本文针对单独添加稀土元素Er的Al-Zn-Mg合金力学性能提升不足特征，在Al-Zn-Mg合金中复合添加稀土元素Er和过渡族元素Zr进行组织改性。在Al-Zn-Mg合金热轧制中形成Al₃(Er、Zr)相具有优异的热稳定性，进而细化整体组织晶粒，减小外延晶粒的生长，并且采取缓慢升温至时效温度的时效工艺，最终达到提升Al-Zn-Mg合金综合力学性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合添加微量Er与Zr元素的Al- Zn-Mg合金及适用于提高该铝合金强度的热机械处理工艺，获得高强高韧的含Er、Zr的Al-Zn-Mg合金材料。

本发明提出的复合添加微量Er与Zr的Al-Zn-Mg合金质量组分为：Zn:5.0-5.5％，Mg：3.0-3.3％，Mn：0.25-0.3％，微合金元素 Er:0.10％-0.13％,Zr:0.10-0.13％，余量为Al及不可避免的杂质。

本发明所提出的适用于一种复合添加微量Er与Zr元素的Al- Zn-Mg合金的热处理处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对于该复合添加微量Er与Zr的Al-Zn-Mg合金水冷的铸锭进行均匀化退火处理，单级均匀化退火温度470-480℃，保温时间为24h，开门炉冷；

(2)对均匀化后的合金进行热轧制，热轧温度为470℃，每道次保温时间为20min，热轧道次为6，总变形量为80％；

(3)对热轧后的轧板进行固溶与时效处理，选取的固溶处理温度为470℃，保温时间为1h,采用水冷；时效处理：从20-25℃缓慢升温至时效温度120℃，缓慢升温时间为5h，时效处理保温时间为 24h,采用水冷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用单级均匀化退火工艺，合理的均匀化制度有利于 Al₃(Er,Zr)粒子的弥散析出，同时能够基本消除铸态合金晶界处的非平衡相，尤其是对于本发明第二相变化比较复杂的高合金化的 Al-Zn-Mg合金更为重要。Al-Zn-Mg合金凝固时存在枝晶偏析，必须通过均匀化退火降低或消除晶内化学成分以及组织的不均匀性，同时消除凝固时产生的内应力，提高合金热变形能力，改善力学性能。