一种中强高韧的Al-Zn-Mg合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是涉及一种中强高韧的Al-Zn-Mg合金。
【背景技术】
[0002] Al-Zn-Mg合金强度高、焊接性能优良，已成为目前高速铁路车体主要结构材料之 一。采用Al-Zn-Mg合金作为高铁车体用型材，不仅可以保证车体的使用强度，还能使车重 大幅降低，有效降低能耗。目前工业化生产的中强可焊Al-Zn-Mg合金中，Fe、Si含量高，Mn、 Cr、Ti、Zr上限成份高，致使合金韧性、耐疲劳及抗应力腐蚀性能不高，难以满足350公里/ 小时高铁的需求。
【发明内容】
[0003] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，对Al-Zn-Mg合金的成份进一步进 行优化，使其兼具高韧、耐蚀、耐疲劳和可焊的特点，更能适应高速列车的运行需求。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：
[0005] -种中强高韧的Al-Zn-Mg合金，按重量百分比计，该合金的化学成份为：Zn 4. 2-5. 0 %,Mg1. 2-2. 0 %,Cu^ 0. 18 %,MnO. 25-0. 50 %,Cr^ 0. 25 %,Ti^ 0. 10 %, Zr彡0? 20%，Fe彡0? 15%，Si彡0? 06%，余量为Al，其中，Zn、Mg的总含量彡6%，且Zn、 Mg的含量比为2彡Zn/Mg彡4。
[0006] 优选地，所述Fe、Si的含量比为Fe/Si彡1。
[0007] 更优选地，Zn、Mg的总含量为6%，Zn、Mg的含量比为Zn/Mg= 3,Fe、Si的含量比 为Fe/Si彡 1。
[0008] 在Al-Zn-Mg合金中，Zn和Mg元素是形成强化相的主要合金元素，两者同时存在 时会形成n(MgZn2)相和T(Al2Mg2Zn3)相，Zn、Mg与Al、Cu、Si等可形成Mg5Al8、S(Al2CuMg)、 T(Al2Mg2Zn3)和Mg2Si等时效强化相，合金随着Zn、Mg含量的增加，其抗拉强度随之增加，但 当Zn含量超过一定数值时，与断裂韧性相关的性能急剧降低，焊接性能、耐腐蚀性能显著 恶化。另外，合金的应力腐蚀倾向与Zn、Mg含量的总和及Zn/Mg的含量比值有关，因此综合 考虑，本发明优选Zn、Mg的含量之和不大于6%，且Zn/Mg的含量比值在2-4的范围内时， 是合金在具有较好的抗拉强度的同时，具有较好的耐应力腐蚀性能。
[0009] Cu在Al-Zn-Mg系合金中能提高沉淀相的弥散度，Cu与其它元素能产生强化相 s(CuMgAi2)，Cu原子还可溶入n'及n相中，降低晶界和晶内的电位差，提高合金的抗应力 腐蚀能力。对于中强度铝合金来说，含有少量Cu或不含Cu，有益于合金的焊接性能，Cu含 量大于0. 3%时，焊接接头凝固时的热裂倾向严重，合金的焊接性能遭到严重破坏，本发明 将Cu的含量控制在Cu< 0. 18%，使合金具有良好的综合性能。
[0010]Zr和A1结合形成金属间化合物Al3Zr，微量Zr可提高合金的强度、断裂韧性和抗 应力腐蚀性能。Mn能急剧提高热变形半成品，特别是挤压制品的再结晶温度，0. 25-0. 5%的 Mn可显著提高合金的抗应力腐蚀性能。Cr和Ti都是起微合金化作用的元素，可以控制加 工和热处理时的晶粒结构。微量Ti的加入所形成的TiAl3i要起细化焊缝铸态组织的作 用，以提高抗焊接裂纹的能力。微量Cr的加入所形成的Al7Cr起析出强化作用。
[0011]Fe和Si是合金中不可避免的有害杂质，Fe能降低铝合金的耐蚀性和机械性能，Si能降低铝合金强度，并使合金的弯曲性能降低，焊接裂纹倾向增加。Fe、Si同时存在时， 除FeAl#Si相外，主要以不溶或难溶的A1 7Cu2Fe、Mg2Si、AlFeMnSi等脆性相和共晶化合 物的形式存在，增加合金的热裂倾向。当向合金中添加Fe后，生成一些含Fe、Si、Mn的杂 质化合物，使晶界和枝晶界的Mg2Si减少，所以合金的热裂倾向降低。因此本发明在尽量降 低Fe、Si含量的同时，控制Fe:Si的含量比为Fe/Si彡1。
[0012] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提出一种新的 错合金成份，在控制Zn、Mg元素总量一定的情况下，通过控制Zn/Mg元素的比例，保证合金 具有良好的强度及抗应力腐蚀性能；添加微量的Cu元素，提高合金的抗应力腐蚀性能，并 使合金有较好的可焊接性能；进一步降低Fe、Si杂质含量，控制Fe、Si的含量比，提高合金 的耐疲劳性能及断裂韧性。
【附图说明】
[0013] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0014] 图1是实施例1-7所得铝合金的疲劳S-N曲线。
[0015] 图2是实施例4、8-12所得铝合金的疲劳S-N曲线。
【具体实施方式】
[0016] 以下通过对比例和实施例，对本发明作进一步详述。
[0017] 实施例1
[0018] 按照Al-Zn-Mg合金的化学成份（按重量百分比计）为Zn3.0%，Mg2.0%， CuO. 15 %，MnO. 3 %，CrO. 2 %，TiO. 08 %，ZrO. 18 %，FeO. 12 %，SiO. 06 %，余量为A1 进行 备料，其中，Zn、Mg的总含量为5%，且Zn、Mg的含量比为Zn/Mg= 1. 5,分别称取纯铝锭、 阴极铜、铝镁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金作为原 料。在电阻炉加热原铝，待原铝熔化后，对其进行合金化处理，熔炼温度为720°C，精炼后采 用半连续铸造生产出规格为〇400mm的铸锭，铸锭锭坯挤压前进行均匀化热处理，经500°C 保温20小时均匀化处理后，在卧式挤压机进行热挤压。挤压温度为480°C，挤压速度为lm/ min，挤压所得型材采用在线淬火，冷却速度为10°C/min，冷却后对型材进行拉伸矫直，拉 伸量为〇. 8%。对型材进行时效处理，以提高合金最终强度，时效温度为150°C，时效时间为 10h〇
[0019] 实施例2
[0020] 按照Al-Zn-Mg合金的化学成份（按重量百分比计）为Zn4.2%，Mg1.7%， CuO. 15%，Mn0.3%，Cr0.2%，Ti0.08%，Zr0. 18%，FeO. 12%，Si0.06%，余量为A1 进行 备料，其中，Zn、Mg的总含量为5.9%，且Zn、Mg的含量比为Zn/Mg= 2. 5。分别称取纯铝 锭、阴极铜、铝镁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金作 为原料。在电阻炉加热原铝，待原铝熔化后，对其进行合金化处理，熔炼温度为680°C，精炼 后采用半连续铸造生产出规格为〇400mm的铸锭，铸锭锭坯挤压前进行均匀化热处理，经 400°C保温50小时均匀化处理后，在卧式挤压机进行热挤压。挤压温度为420°C，挤压速度 为0. 2m/min，挤压所得型材采用在线淬火，冷却速度为2°C/min，冷却后对型材进行拉伸矫 直，拉伸量为〇. 3%。对型材进行时效处理，以提高合金最终强度，时效温度为80°C，时效时 间为25h。
[0021] 实施例3
[0022] 按照Al-Zn-Mg合金的化学成份（按重量百分比计）为Zn4. 0 %，Mg2. 0 %， CuO. 15%，Mn0.3%，Cr0.2%，Ti0.08%，Zr0. 18%，FeO. 12%，Si0.06%，余量为A1 进行 备料，其中，Zn、Mg的总含量为6. 0%，且Zn、Mg的含量比为Zn/Mg= 2. 0。分别称取纯铝锭、 阴极铜、铝镁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝钛中间合金、铝锆中间合金