一種抑制A7N01鋁合金表面粗晶環產生的方法與流程

本發明涉及鋁合金的生產領域，具體說是一種抑制a7n01鋁合金表面粗晶環產生的方法。

背景技術：

a7n01合金是以zn和mg為主合金元素的7xxx系鋁合金，具有良好的擠壓性能，能擠壓形狀復雜的薄壁型材，焊接性能好，焊縫質量高，能有效地利用鋁合金質量輕、強度高、加工性好、可焊接、耐腐蝕、美觀等原有的特性，是理想的中強焊接結構材料，廣泛應用于軌道車輛結構零件。

a7n01鋁合金在擠壓過程中容易在表面形成粗晶環，這主要是由于金屬發生了再結晶晶粒的異常長大。粗晶環不但降低擠壓制品淬火時效狀態，而且對合金的力學性能和疲勞性能也會產生不利的影響。目前消除或減少粗晶環的工藝和質量保證措施主要通過控制擠壓工藝、熱處理工藝和調整合金成分來實現的，但相關的措施將會降低合金的表面質量、惡化擠壓性能和力學性能，并增加淬火敏感性，因此急需尋找更為有效的方法抑制表面粗晶環的產生。

技術實現要素：

鑒于此，本發明的目的是提供一種抑制a7n01鋁合金表面粗晶環缺陷產生的方法，利用添加的sc元素抑制再結晶的發生，細化微觀組織。

本發明的技術方案是：

一種抑制a7n01鋁合金表面粗晶環產生的方法，包括以下工藝步驟：

1)將工業純al、純zn、純mg、al-mn中間合金、al-cr中間合金、al-zr中間合金、al-ti中間合金按照設計成分進行配料，通過在原料中加入al-sc中間合金引入微量稀土元素鈧，將上述原料在石墨坩堝爐中真空熔煉，合金熔煉溫度為720±10℃，隨后進行澆鑄；

2)將a7n01鋁合金鑄錠在470±10℃均勻化處理24h，空冷；

3)將均勻化處理后的a7n01鋁合金鑄錠在450±10℃預熱1h，然后進行擠 壓成型，擠壓磨具溫度為420±10℃，擠壓制品流出速度為10～20m/min，擠壓比為30～45，隨后風冷；

4)將擠壓成型后的a7n01鋁合金放在室溫自然時效72h。

所述的抑制a7n01鋁合金表面粗晶環產生的方法，按元素質量百分比計，a7n01鋁合金鑄錠成分為，鋅：4.0～5.0％，鎂：1.0～2.0％，銅：≤0.20％，錳：0.20～0.7％，鈧：0.05～0.15％，鉻：≤0.30％，鋯：≤0.25％，鈦：≤0.20％，釩：≤0.10％，余量為鋁和不可避免的雜質。

所述的抑制a7n01鋁合金表面粗晶環產生的方法，擠壓成型的制品為棒材或型材。

本發明的設計思想是：

本發明通過添加微量稀土元素鈧，利用熱加工和熱處理期間析出的細小彌散al3(sc,zr)相釘扎晶界和亞晶界的作用，抑制了a7n01鋁合金擠壓棒材和型材表面粗晶環的產生，顯著細化了合金的微觀組織。sc屬于過渡族元素和稀土元素，它在鋁及鋁合金中，既有稀土元素凈化熔體和改善鑄錠組織的作用，又有過渡元素細化晶粒、抑制再結晶的作用。研究表明采用適量的sc和正確的工藝，能使鋁合金的再結晶溫度提高到450～550℃。由于a7n01鋁合金中通常含有一定量的zr元素，sc和zr的同時添加能夠顯著地提高鋁合金的再結晶溫度和力學性能，這主要是由于合金在熱加工和熱處理期間能夠在基體內析出細小的、彌散的al3(sc,zr)相，起到強烈釘扎晶界和亞晶界的作用。同時，sc的添加能夠降低淬火敏感性，不會惡化a7n01鋁合金的焊接性能。

本發明的優點及有益效果是：

本發明在合金成分滿足a7n01相關標準要求的前提下，通過引入微量稀土元素sc，顯著抑制了a7n01鋁合金擠壓制品表面粗晶環缺陷的產生，同時細化了合金的微觀組織。而且通過引入微量稀土元素鈧，能夠在a7n01鋁合金擠壓制品基體內生成細小彌散的納米級al3(sc,zr)相，起到彌散強化的作用。

附圖說明

圖1為未添加鈧的a7n01鋁合金擠壓制品金相組織。

圖2為添加0.06％鈧的a7n01鋁合金擠壓制品金相組織。

圖3為添加0.13％鈧的a7n01鋁合金擠壓制品金相組織。

圖4為添加0.13％鈧的a7n01鋁合金擠壓制品tem形貌。

具體實施方式

以下結合實施案例對本工藝方法作進一步的說明，但本發明不局限于這些實施例。

實施例1

本實施例中，含0.06wt％鈧的a7n01鋁合金擠壓制品的制備過程：

1)將工業純al、純zn、純mg、al-mn中間合金、al-cr中間合金、al-zr中間合金、al-ti中間合金按照設計成分進行配料，設計成分滿足a7n01鋁合金相關標準規定：按元素質量百分比計，鋅:4.13％，鎂:1.31％，錳:0.30％，鉻:0.21％，鋯:0.10％，鈦:0.06％，余量為鋁和不可避免的雜質。并且，通過在原料中添加al-sc中間合金引入質量分數為0.06％的微量稀土元素鈧。將上述原料在石墨坩堝爐中真空熔煉，首先將純al和al-cr中間合金在石墨坩堝爐中精煉15～20分鐘，然后加入其余原料在720℃熔煉，隨后進行澆鑄凝固。

2)制備的a7n01鋁合金鑄錠在箱式電阻爐中加熱至470℃，保溫24h，空冷。

3)將a7n01鋁合金鑄錠在450℃預熱1h，然后進行擠壓成型，擠壓模具溫度為420℃，擠壓制品流出速度為10～20m/min，擠壓比為30～45，隨后風冷。

4)將擠壓成型后的a7n01鋁合金放在室溫自然時效72h。

圖1為不含鈧的a7n01鋁合金擠壓制品縱向微觀組織，從圖1中可以看出在擠壓制品邊緣部位形成了一層粗晶粒層，合金的微觀組織比較粗大。圖2為含0.06wt％鈧的a7n01鋁合金擠壓制品縱向微觀組織，從圖2中可以看出擠壓制品邊緣部位沒有形成粗晶環缺陷，這主要是因為添加微量鈧時，在均勻化處理期間彌散析出了納米級的共格al3(sc,zr)相。在隨后的熱加工過程中，這些al3(sc,zr)彌散相能夠強烈的釘扎亞晶界，起到抑制再結晶的作用，al3(sc,zr)相在擠壓制品基體內的分布如圖4所示，圖中箭頭所指即為納米al3(sc,zr)相。與此同時，與不含鈧的a7n01鋁合金相比，含0.06wt％鈧的a7n01鋁合金微觀組織顯著細化。

實施例2

本實施例中，含0.13wt％鈧的a7n01鋁合金擠壓制品的制備過程：與上述方法一致，區別在于a7n01鋁合金基體中添加了0.13wt％的鈧。其縱向微觀組織如圖3所示，從圖3中可以看出，擠壓制品邊緣部位仍沒有形成粗晶環缺陷，這主要也得益于al3(sc,zr)彌散相強烈地抑制再結晶的效果。與含0.06wt％鈧的a7n01鋁合金相比，含0.13wt％鈧的a7n01鋁合金微觀組織進一步細化。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的技術方案進行描述，本發明不受上述實施例的限制。在不脫離本發明的設計精神和范圍的前提下，本領域的技術人員對本發明的各種改進和變化，均應落入本發明的權利要求范圍當中。

技術特征：

技術總結
本發明涉及鋁合金的生產領域，具體說是一種抑制A7N01鋁合金表面粗晶環產生的方法。在合金熔煉時引入微量稀土元素鈧，其重量百分比為0.05～0.15％，制備了含鈧的A7N01鋁合金鑄錠。鑄錠經過均勻化處理、擠壓成型、在線風冷及自然時效處理后，擠壓制品表面粗晶環缺陷被抑制，而且合金的微觀組織被顯著細化。本發明所適用的A7N01鋁合金成分為，按元素質量百分比計，鋅:4.0～5.0％，鎂:1.0～2.0％，銅:≤0.20％，錳:0.20～0.7％，鉻:≤0.30％，鋯:≤0.25％，鈦:≤0.20％，釩:≤0.10％，余量為鋁和不可避免的雜質。本發明通過引入微量稀土元素鈧，能夠在A7N01鋁合金擠壓棒材基體內生成細小彌散的納米級Al3(Sc,Zr)相，起到彌散強化的作用。

技術研發人員：姜海昌;李召明;閆德勝;王昀立;付鴻;戎利建
受保護的技術使用者：中國科學院金屬研究所
技術研發日：2016.03.03
技術公布日：2017.09.12