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一种7系铝合金及其制备方法

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811531886.7国省代码:四川 51
申请(专利权)人:四川福蓉科技股份公司
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摘要:
本发明涉及7系铝合金及其制备方法,该7系铝合金,由下述重量百分比的组分组成:1.95‑2.2%镁、0.04‑0.1%的硅、0.04‑0.06%的铁、0.15‑0.33%铜、0.023‑0.028%钛、5.68‑6.05%锌、0.16‑0.26%的锰和0.02‑0.05%的锆,余量为铝。本发明的7系铝合金具有抗拉强度为470以上,屈服强度为440以上,维氏硬度HV为160以上,以及良好的断裂韧性和抗疲劳性的优点。

主权项:
1.一种7系铝合金,其特征在于,由下述重量百分比的组分组成:1.95‑2.2%镁、0.04‑0.1%的硅、0.04‑0.06%的铁、0.15‑0.33%铜、0.023‑0.028%钛、5.68‑6.05%锌、0.16‑0.26%的锰和0.02‑0.05%的锆,余量为铝。


说明书

一种7系铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术,特征涉及一种7系铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是由纯铝加入一些合金元素制成,如在纯铝中添加锰元素研制出的Al-Mn
合金、在纯铝中添加铜元素研制出Al-Cu合金、在纯铝中同时添加铜和镁元素研制出Al-Cu-
Mg系硬铝合金、在纯铝中同时添加锌、镁、铜元素研制出Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝合金等。铝合
金的特点是轻、强度高、散热好、手感好和易阳极氧化着色。在同样的强度要求下,铝合金的
零部件能做得比塑料的薄而且轻,同时还能满足3C产品的高度集成化、轻薄化、微型化、抗
摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。现在市面上的手机、平板电脑、笔记本电脑等IT设备使用的
铝合金普遍为6系铝合金,随着科技的进步,传统的6变形铝合金在强度方面已经难以满足
高端产品的要求,尤其在抗变形弯曲,抗跌落变形等指标方面,6系变形铝合金与7变形铝合
金相比较差距较大。消费者观念不断发生改变并开始追求7系铝合金。7系铝合金拥有6系铝
合金的特点,并且强度更高于6系铝合金。

现有技术中,虽然已出现较多7系铝合金产品,其具有较之6系铝合金更好的力学
性能,但是,为了满足更高的市场需求,现有的7系铝合金的力学性能、抗腐蚀性、断裂韧性
以及抗疲劳性方面仍需要进一步改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:提供一种可进一步提高合金的力学性能的7系铝
合金及其制备方法。

为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:

一种7系铝合金,由下述重量百分比的组分组成:1.95-2.2%镁、0.04-0.1%的硅、
0.05%的铁、0.15-0.33%铜、0.025%钛、5.68-6.05%锌、0.16-0.26%的锰和0.02-0.05%
的锆,余量为铝。

一种7系铝合金的制备方法,按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和
搅拌,并加入重量百分比为0.01-0.015%的含稀土铈的中间合金,获得第一熔体;将所述第
一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置,将第一次静置后的第一熔体进行
保温处理,获得第二熔体;将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置,获
得第三熔体;对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理,然后于液
穴温度为670-690℃条件下采用半连续油气滑进行铸造,再依次进行均匀化和冷却处理,得
到所述7系铝合金。

本发明的有益效果在于:

(1)本发明的7系铝合金,在其组分中,提高Mg和Zn含量,可以提高镁锌强化相,进
而提高力学性能,经测试,本发明获得的7系铝合金的抗拉强度为470以上,屈服强度为440
以上,维氏硬度HV为160以上;

(2)组分中添加适当的上述重量百分含量的Cu、Zr及Mn,能提高强度和抗腐蚀性
(剥落腐蚀),使获得的7系铝合金具有良好的断裂韧性和抗疲劳性;

(3)同时组分中的Mn和Cu的添加也起到促进晶粒细化的额作用,可获得平均截距
晶粒≤60μm;

(4)组分中添加含稀土铈的中间合金,铈占中间合金含量的10%,可以增加产品强
度,耐腐蚀性,提高产品挤压温度至560℃(温度提高后即可以提高产品淬火温度,即可以直
接提高产品硬度),也可避免产品在CNC加工过程中材料脱离;

(5)本发明的7系铝合金,其性能使得其能够应用于手机外观铝制件,并且满足外
观高光和喷砂阳极效果,同时还可在外观件上实现不同颜色的外观效果。

附图说明

图1为本发明实施例一的7系铝合金横截面在50X显微镜下的粗晶层观察照片;

图2为本发明实施例一的7系铝合金整个横截面在50X显微镜下的晶粒度照片;

图3为本发明实施例一的7系铝合金纵向面在50X显微镜下晶粒度照片;

图4为本发明实施例一的7系铝合金纵向面在500X显微镜下析出相照片;

图5为本发明实施例二的7系铝合金横截面在50X显微镜下的粗晶层观察照片;

图6为本发明实施例二的7系铝合金整个横截面在50X显微镜下的晶粒度照片;

图7为本发明实施例二的7系铝合金纵向面在50X显微镜下晶粒度照片;

图8为本发明实施例二的7系铝合金纵向面在500X显微镜下析出相照片;

图9为本发明实施例三的7系铝合金横截面在50X显微镜下的粗晶层观察照片;

图10为本发明实施例三的7系铝合金整个横截面在50X显微镜下的晶粒度照片;

图11为本发明实施例三的7系铝合金纵向面在50X显微镜下晶粒度照片;

图12为本发明实施例三的7系铝合金纵向面在500X显微镜下析出相照片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附
图予以说明。

本发明最关键的构思在于:提高Mg和Zn含量,并添加适当的的Cu、Zr及Mn,以提高
镁锌强化相。

本发明涉及一种7系铝合金,由下述重量百分比的组分组成:1.95-2.2%镁、0.04-
0.1%的硅、0.04-0.06%的铁、0.15-0.33%铜、0.023-0.028%钛、5.68-6.05%锌、0.16-
0.26%的锰和0.02-0.05%的锆,余量为铝。

一种7系铝合金的制备方法,按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和
搅拌,并加入重量百分比为0.01-0.015%的含稀土铈的中间合金,获得第一熔体;将所述第
一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置,将第一次静置后的第一熔体进行
保温处理,获得第二熔体;将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置,获
得第三熔体;对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理,然后于液
穴温度为670-690℃条件下采用半连续油气滑进行铸造,再依次进行均匀化和冷却处理,得
到所述7系铝合金。

从上述描述可知,本发明的有益效果在于:

(1)本发明的7系铝合金,在其组分中,提高Mg和Zn含量,可以提高镁锌强化相,进
而提高力学性能,经测试,本发明获得的7系铝合金的抗拉强度为470以上,屈服强度为440
以上,维氏硬度HV为160以上;

(2)组分中添加适当的上述重量百分含量的Cu、Zr及Mn,能提高强度和抗腐蚀性
(剥落腐蚀),使获得的7系铝合金具有良好的断裂韧性和抗疲劳性;

(3)同时组分中的Mn和Cu的添加也起到促进晶粒细化的额作用,可获得平均截距
晶粒≤60μm;

(4)组分中添加含稀土铈的中间合金,铈占中间合金含量的10%,可以增加产品强
度,耐腐蚀性,提高产品挤压温度至560℃(温度提高后即可以提高产品淬火温度,即可以直
接提高产品硬度),也可避免产品在CNC加工过程中材料脱离;

(5)本发明的7系铝合金,其性能使得其能够应用于手机外观铝制件,并且满足外
观高光和喷砂阳极效果,同时还可在外观件上实现不同颜色的外观效果。

进一步的,铁的含量为0.05%,钛的含量为0.025%。

进一步的,由下述重量百分比的组分组成:0.98-2.1%镁、0.06-0.08%的硅、
0.05%的铁、0.21-0.31%铜、0.025%钛、5.86-5.95%锌、0.19-0.21%的锰和0.03-0.04%
的锆,余量为铝。

进一步的,所述7系铝合金的总杂质元素的含量低于0.05%,所述7系铝合金的单
个杂质元素的含量不高于0.01%。

本发明的7系铝合金的制备方法中,

进一步的,所述均匀化处理包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理,所
述第一次均匀化热处理具体为:于350-380℃条件下保温2.5-3.5h;所述第二次均匀化热处
理具体为:于490-520℃条件下保温15-16h。

进一步的,述冷却处理具体为:采用大于360℃/h的冷却强度进行冷却,直至冷却
至室温。

进一步的,所述冷却处理中,采用水雾冷却的方式进行。

本发明的实施例一为:

本实施例的7系铝合金,由下述重量百分比的组分组成:1.95%镁、0.04%的硅、
0.04%的铁、0.15%铜、0.023%钛、5.68%锌、0.16%的锰和0.02%的锆,余量为铝。

本实施例的7系铝合金的制备方法,按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、
熔化和搅拌,并加入重量百分比为0.01%的含稀土铈的中间合金,获得第一熔体;将所述第
一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置,将第一次静置后的第一熔体进行
保温处理,获得第二熔体;将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置,获
得第三熔体;对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理,然后于液
穴温度为670℃条件下采用半连续油气滑进行铸造,然后进行阶梯式的均匀化处理,所述均
匀化处理依次包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理,所述第一次均匀化热处理
具体为:于350℃条件下保温2.5h;所述第二次均匀化热处理具体为:于490℃条件下保温
15h;第二次均匀化热处理之后,采用水雾冷却的方式、采用大于365℃/h的冷却强度进行冷
却,直至冷却至室温(23-30℃);得到本实施例的7系铝合金。

本发明的实施例二为:

本实施例的7系铝合金,由下述重量百分比的组分组成:2.2%镁、0.1%的硅、
0.06%的铁、0.33%铜、0.028%钛、6.05%锌、0.26%的锰和0.05%的锆,余量为铝。

本实施例的7系铝合金的制备方法,按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、
熔化和搅拌,并加入重量百分比为0.015%的含稀土铈的中间合金,获得第一熔体;将所述
第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置,将第一次静置后的第一熔体进
行保温处理,获得第二熔体;将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置,
获得第三熔体;对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理,然后于
液穴温度为690℃条件下采用半连续油气滑进行铸造,然后进行阶梯式的均匀化处理,所述
均匀化处理依次包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理,所述第一次均匀化热处
理具体为:于380℃条件下保温3.5h;所述第二次均匀化热处理具体为:于520℃条件下保温
16h;第二次均匀化热处理之后,采用水雾冷却的方式、采用大于380℃/h的冷却强度进行冷
却,直至冷却至室温;得到本实施例的7系铝合金。

本发明的实施例三为:

本实施例的7系铝合金,由下述重量百分比的组分组成:2%镁、0.08%的硅、
0.05%的铁、0.25%铜、0.026%钛、5.85%锌、0.2%的锰和0.04%的锆,余量为铝。

本实施例的7系铝合金的制备方法,按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、
熔化和搅拌,并加入重量百分比为0.013%的含稀土铈的中间合金,获得第一熔体;将所述
第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置,将第一次静置后的第一熔体进
行保温处理,获得第二熔体;将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置,
获得第三熔体;对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理,然后于
液穴温度为680℃条件下采用半连续油气滑进行铸造,然后进行阶梯式的均匀化处理,所述
均匀化处理依次包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理,所述第一次均匀化热处
理具体为:于360℃条件下保温3h;所述第二次均匀化热处理具体为:于515℃条件下保温
15.5h;第二次均匀化热处理之后,采用水雾冷却的方式、采用大于400℃/h的冷却强度进行
冷却,直至冷却至室温;得到本实施例的7系铝合金。

性能测试

1、将实施例一至实施例三获得的7系铝合金进行材料检验测试,具体测试条件如
下:

1.1测试温度/湿度:23±5℃/40%-60%RH;

1.2测试项目及规范:

化学成份——GB/T7999-2007,

维氏硬度——GB/T4340.1-2009,

金相组织——GB/T3246.1,

拉伸试验——GB/T228.1-2010;

1.3测试设备:直读发射光谱仪、金相显微镜、维氏硬度计及万能材料试验机;

1.4结果

1.4.1粗晶层厚度、晶粒大小、晶粒级别

具体请参见下表1。

表1


1.4.2硬度(单位:HV)

具体请参见下表2。

表2



1.4.3抗拉

具体请参见下表3。

表3


2、将实施例一至实施例三获得的7系铝合金分别进行金相试验。

具体的,按照规定的操作规程,采用LEICA DMI3000M倒置金相显微镜进行上述金
相试验。其中,具体的金相试验的操作规程如下述:

2.1安全操作注意事项和特别提示

2.1.1该试样制样时需提高警惕、注意安全,谨慎操作取样设备。

2.1.2随机或指定试样样品,并按相关要求制取样品中的小部分样品进行试验。

2.1.3将取好的样品做好相关的标识以便区分样品。

2.1.5根据客户要求对样品表面进行一定量的降面操作。

2.1.6选择不同型号的金相砂(由粗到细)、绒布对试验样品进行打磨、抛光。

2.1.7将抛光研磨好的试验样品放到金相显微镜leica将放大倍数调节到500X进
行析出相采集。

2.1.8将试样样品放到已调配好的腐蚀液中腐蚀。腐蚀好后放到显微镜上通过
100X或50X观察样品晶粒及采图并评价晶粒度。

2.1.9试验完成后应关闭显微镜并做好试样样品的标识标记及存放工作。

2.1.10试验过程中需注意安全,佩戴相关劳保用品谨慎操作。

获得的金相试验结果图参见图1-12中所示;

结果表明,图1、5、9中,分别对应实施例一至实施例三的7系铝合金的横截面在50X
显微镜下的金相图,图中均可看到无明显粗晶层;图3、7、11分别显示出实施例一至实施例
三的7系铝合金的纵向面在50X显微镜下的金相图,图中均可看到呈晶粒度小,且晶粒均匀;
图4、8、12中,分别对应实施例一至实施例三的7系铝合金的纵向面在500X显微镜下的金相
图,图中均可以看出,其析出相分布均匀,且析出相尺寸小。

综上所述,本发明提供的7系铝合...

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图1
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