专利名称：一种铝锌镁系合金及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种强度高、性能稳定的铝锌镁系合金及其制备工艺。
背景技术：
铝锌系合金是开发应用的第一代铸造铝合金。锌在铝中的溶解度非常大(在共晶温度382℃时可达84％)，其主要缺点是过饱和的α固溶体在不高的温度下即进行分解，析出锌，使铝锌合金的耐热性能非常低；合金抗腐蚀性能也很差。所以单纯的铝锌二元合金在工业上已不采用，在铝锌合金中加入适量的镁，强化效果十分显著，铝锌镁合金在所有铝合金中具有最大的强化潜力。多年来，国内外对铝锌镁合金研究的颇为广泛和深入，该合金是一种极有前途的高强度铸造铝合金。国家标准中铝锌镁合金的牌号为ZL402。其主要成分为(质量百分比)锌5.0-7.0％，镁0.3-0.8％，铬0.3-0.8％，钛0.1-0.4％。它的铸态试样经T1处理后室温机械性能抗拉强度为235MPa，延伸率为4％。切削加工性能很好，可以获得表面光洁度很高的零件；但是，此合金用作承受较大载荷的工程结构件和飞机零件，其抗拉强度偏低，机械性能还有待于进一步提高。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种强度高、韧性好、机械性能稳定的铝锌镁系合金及其制备工艺。
本发明是通过以下方式实现的一种铝锌镁系合金，含有铝、锌、镁、钛元素，其特征是它还含有铜元素，各组分的质量百分比为锌6.0-8.0％，镁2.5-3.0％，铜1.0-1.5％，钛0.20-0.25％，其余为铝。
上述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成份为滑石粉+水玻璃；(2).按照锌6.0-8.0％，镁2.5-3.0％，铜1.0-1.5％，钛0.20-0.25％，其余为铝的质量百分比计算并称取纯铝、纯锌、纯镁、铝铜及铝钛中间合金作为原料；(3).在坩埚中依次装入铝锭、铝铜中间合金及铝钛中间合金，并随电阻炉一起升温，待全部熔化后，液面上撒一层由氯化钾和氯化镁组成的覆盖剂；(4).当电阻炉升温至680-700℃时，在熔剂覆下将锌块和镁块一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；(5).当电阻炉升温至720-730℃，加入氯化铝或氯化锌进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；(6).精炼结束后，静置5分钟，在690-710℃间扒渣浇注。
上述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中，纯铝中铝含量≥99.7％，纯锌中锌含量≥99.9％；纯镁中镁含量≥99.95％；铝铜中间合金中各成分的质量百分比是50％铜，50％铝；铝钛中间合金中各成分的质量百分比是5％钛，95％铝。
上述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(3)中所用覆盖剂的加入量为炉料总质量的3-4％，覆盖剂中各组分的质量百分比为氯化镁60％，氯化钾40％；步骤(5)中氯化铝或氯化锌的加入量为炉料总质量的0.15-0.2％。
与ZL402相比，本发明合金在成分上添加了铜元素，扩大了锌和镁在铝中的溶解度，增加了强化相的数量，提高了合金的强化效果；同时铜还能降低晶内和晶间的电位差，使腐蚀过程均匀进行，提高抗蚀性。铸态下合金抗拉强度可达250MPa以上，浇注好的试样进行热处理之后抗拉强度达到300MPa以上，与现有的同类合金比较，强度值提高均在20％以上，断后伸长率可达6％。该合金中杂质总含量＜0.75％，其中铁＜0.3％；硅＜0.3％；锰＜0.15％。
具体实施例方式
下面给出本发明的三个最佳实施例实施例一制备20Kg含锌6.5％、镁2.5％、铜1.5％、钛0.25％，余量为铝的铝锌镁系合金，制备工艺如下(1).采用电阻坩埚炉，铸钢坩埚；(2).原料配制铝块(铝≥99.7％)；锌块(锌≥99.9％)；镁块(镁≥99.95％)；铝钛中间合金(含铝95％，钛5％)；铝铜中间合金(含铝50％，铜50％)；参考《铸造手册》(第3卷，铸造非铁合金，第2版，机械工业出版社，2001.10，P187-188)及经验确定合金元素的烧损量，铝1.5％，锌15％，镁20％，铜钛在熔炼过程中变化不大。
加入量计算公式X=M×AC×(1-E)]]>式中M为熔炼合金总质量；A为合金中应含某种元素的百分数；C为中间合金或合金锭中所含某种元素的百分数；E为某种元素的烧损量；X为加入某种元素或中间合金的总质量。
在实例中，M＝20Kg；AZn％＝6.5％；Mg％＝2.5％；Cu％＝1.5％；Ti％＝0.25％；Al％＝89.25％；CZn％＝99.9；Mg％＝99.95％；Cu％＝50％；Ti％＝5％；Al％＝99.7％；EAl1.5％，Zn15％，Mg20％。
则XZn=20×6.5%99.9%×(1-15%)=1.53kg]]>XMg=20×2.5%99.95%×(1-20%)=0.63kg]]>XAl-Cu=20×1.5%50%=0.60kg]]>XAl-Ti=20×0.25%5%=1.00kg]]>XAl=20×89.25%99.7%×(1-1.5%)=18.18kg]]>
铝铜中间合金及铝钛中间合金带入的纯铝的质量分别为0.60×0.5＝0.30Kg；1.00×0.95＝0.95kg；所以，需加纯铝的质量为18.18-0.3-0.95＝16.93Kg；(3).在坩埚中依次装入铝锭16.93kg，铝铜中间合金0.60kg及铝钛中间合金1.00kg随电阻炉一起升温，待全部熔化后，液面上撒一层覆盖剂750g；将坩埚随电阻炉一起升温到600℃，加入覆盖剂730克、纯铝17.52千克，升温至690℃保温；(4).当电阻炉升温至680-700℃时，在熔剂覆下将锌块1.53kg和镁块0.63kg一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；(5).当电阻炉升温至720-730℃，加入氯化锌35g进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；(6).精炼结束后，静置5分钟，在690-710℃间扒渣浇注。
所得合金成份为锌6.5％，镁2.5％，铜1.5％，钛0.25％，杂质总含量＜0.75％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为247MPa，T6处理后抗拉强度为290MPa，断后伸长率为6.7％。添加的钛元素可细化晶粒，改善铸造性能和机械性能；添加的铜元素，扩大了锌和镁在铝中的溶解度，增加了强化相的数量，提高了合金的强化效果；同时铜还能降低晶内和晶间的电位差，使腐蚀过程均匀进行，提高抗蚀性。
实施例二制备20Kg含锌8.0％、镁3.0％、铜1.0％、钛0.25％，余量为铝的铝锌镁系合金。
采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为纯锌1.88千克，纯镁0.75千克，铝铜合金0.40千克，铝钛合金1.00千克，纯铝16.72千克；步骤(5)中加入氯化铝35克进行除气精炼。
所得合金成份为锌8.0％，镁3.0％，铜1.0％，钛0.25％，杂质总含量＜0.75％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为250MPa，T6处理后抗拉强度为302MPa，断后伸长率为6％。
实施例三配制20Kg含锌6.0％、镁2.8％、铜1.5％、钛0.2％，余量为铝的铝锌镁系合金。
采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为纯锌1.41千克，纯镁0.70千克，铝铜合金0.60千克，铝钛合金0.80千克，纯铝17.17千克。
所得合金成份为锌6.0％，镁2.8％，铜1.5％，钛0.2％，杂质总含量＜0.75％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为255MPa，T6处理后抗拉强度为310MPa，断后伸长率为6％。
权利要求
1.一种铝锌镁系合金，含有铝、锌、镁、钛元素，其特征是它还含有铜元素，各组分的质量百分比为锌6.0-8.0％，镁2.5-3.0％，铜1.0-1.5％，钛0.20-0.25％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成份为滑石粉+水玻璃；(2).按照锌6.0-8.0％，镁2.5-3.0％，铜1.0-1.5％，钛0.20-0.25％，其余为铝的质量百分比计算并称取纯铝、纯锌、纯镁、铝铜及铝钛中间合金作为原料；(3).在坩埚中依次装入铝锭、铝铜中间合金及铝钛中间合金，并随电阻炉一起升温，待全部熔化后，液面上撒一层由氯化钾和氯化镁组成的覆盖剂；(4).当电阻炉升温至680-700℃时，在熔剂覆盖下将锌块和镁块一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；(5).当电阻炉升温至720-730℃，加入氯化铝或氯化锌进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；(6).精炼结束后，静置5分钟，在690-710℃间扒渣浇注。
3.根据权利要求2所述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中，纯铝中铝含量≥99.7％，纯锌中锌含量≥99.9％，纯镁中镁含量≥99.95％；铝铜中间合金中各成分的质量百分比是50％铜，50％铝；铝钛中间合金中各成分的质量百分比是5％钛，95％铝。
4.根据权利要求2或3所述铝锌镁系合金的制备工艺，其特征是步骤(3)中所用覆盖剂的加入量为炉料总质量的3-4％，覆盖剂中各组分的质量百分比为氯化镁60％，氯化钾40％；步骤(5)中氯化铝或氯化锌的加入量为炉料总质量的0.15-0.2％。
全文摘要
本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种强度高、性能稳定的铝锌镁系合金及其制备工艺。该合金化学成分为(质量百分比)锌6.0－8.0％；镁2.5－3.0％；铜1.0－1.5％；钛0.20－0.25％；其余为铝。原料在电阻坩埚炉中配制，熔炼温度为700℃，浇注温度为690－710℃；待纯铝及中间合金熔化后，将锌锭与镁块一同加入铝液中。制备的铝锌镁系合金具有高的抗拉强度，良好的韧性，并且机械性能稳定性高，杂质总含量＜0.75％，其中铁＜0.3％；硅＜0.3％；锰＜0.15％。可以满足承受中、大载荷的结构件及飞机零件的要求。
文档编号C22C21/10GK1693510SQ20051004349
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者边秀房, 任延涛, 尹奎波, 燕丽娜 申请人:山东大学