一种Al-Mg-Zn-Li合金及其板材制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种Al-Mg-Zn-Li合金及其合金板材制备方法，合金材料可用于 航空材料，但不限于航空材料。
【背景技术】
[0002] 纯A1的密度为2. 70g/cm3,纯Mg的密度为1. 74g/cm3,纯Li的密度为0? 53g/cm3， 在铝合金中加入Mg或Li元素是目前降低铝合金密度的可行方法，其中添加Li的降密效果 更好。以纯铝为例，在纯铝中每增加1 %的Mg，密度可降低0. 55 %，而每增加1 %的Li，密度 可以降低3.9%。Al-Mg-X、Al-Li-X、Al-Mg-Li-X(X指其它元素）合金的开发是目前低密度 铝合金的主要开发方向。
[0003] 若以添加Mg元素来降低铝合金密度，添加较少，则降密效果不理想，若添加太多 则容易在合金中形成大量0相（Mg2Al3)，当0相在晶界上连续分布时极易降低合金的耐蚀 性能。若以添加Li元素来降低铝合金密度，降密效果较为理想，但过多的Li容易在合金中 第二相难以控制，在轧制过程中极易将板材轧裂。既要保证合金性能，又要降低合金密度， 还要确保材料制备方便，在技术上是相当困难的，需要从成分与工艺上进行综合考虑。
[0004] 申请号为201210589350. 7的专利涉及到Al-Mg-Li合金的轧制工艺改进，通过合 理的工艺参数及转向轧制方法可以避免材料轧制开裂。但转向轧制实施起来相对麻烦，在 工业生产中更是难以实施。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种低密度Al-Mg-Li合金及其板材制备方法。
[0006] 本发明的技术方案为：一种Al-Mg-Zn-Li铝合金，合金成分重量比为：Mg= 3. 0~ 8. 0%;Zn= 2. 1 ~5. 0%;Li< 2. 0% ;Cu〈2. 0% ;Mn〈l. 2% ;Fe〈0. 3% ;Si〈0. 3% ;Cr、Ti、 Zr、Sc、Hf、La、Ce、Pr、Nd、Ag中的至少一种元素，单种元素加入量小于0. 5% ;不可避免的还 存在其它杂质元素，其它杂质单种元素不超过0. 05%，杂质总量不超过0. 2%，余量为A1 ;
[0007] 该合金经包括均匀化、加热处理、乳制、固溶、淬火和时效处理的步骤制备而成；所 述均匀化工艺采用三级均匀化制度：380~400°C/4~6h+440~450°C/20~24h+460~ 470°C/10~12h;所述轧制，单道次轧制压下量不超过30%，温度不低于350°C。
[0008] 优选Mg= 5. 0 ~7. 0%;Zn= 2. 5 ~3. 5%;Li= 0? 5 ~1. 5，Cu〈l. 5%;Mn〈0. 5%; Fe〈0. 15% ;Si〈0. 1%〇
[0009] 优选至少加入Cr、Ti、Ag中的一种元素，单种元素加入量< 0. 3% ;至少加入Zr、 Sc、Hf中的一种元素，单种元素加入量< 0. 3% ;至少加入La、Ce、Pr、Nd中的一种元素，单 种元素加入量< 0. 3%。
[0010] 上述Al-Mg-Zn-Li合金板材的制备方法，包括下述步骤：恪铸、均勾化、加热处理、 车L制、固溶、淬火和时效处理；所述均匀化工艺采用三级均匀化制度：380~400°C/4~ 6h+440~450°C/20~24h+460~470°C/10~12h;所述轧制，单道次轧制压下量不超过 30 %，温度不低于350°C。
[0011] 优选加热制度采用420~450°C/I~2h。轧制优选采用热轧，温度控制在350~ 430°C范围内。优选热轧过程中进行中间退火，中间退火制度控制为400~430°C/30~ 120min。所述固溶制度采用470~480°C/2h。所述时效制度采用120~150°C/24~28h。
[0012] 本发明中的第一个关键点在于：通过复合添加Mg、Li元素来降低合金密度，且Li 含量明显低于Mg含量。与单独添加Mg元素相比，密度降低的效果更明显，若单独添加过多 Mg元素来降低密度，还需通过其它成分与工艺来控制合金的耐蚀性能，增加了成分与工艺 的调控难度。与单独添加Li相比，复合添加Mg、Li可以使合金加工性能相对更好，后续轧 制时不易开裂。
[0013] 本发明的第二个关键点在于：合金中添加了Cr、Ti、Zr、Sc、Hf、La、Ce、Pr、Nd、Ag 中的一种或多种元素，可使合金晶粒得到细化，抑制热轧与固溶过程中的再结晶，有利于保 证合金的强度与耐蚀性能。其中Cr、Ti、Ag可细化合金晶粒；Zr、Sc、Hf可抑制合金热加工 过程中及固溶时的再结晶；La、Ce、Pr、Nd可在合金熔铸过程中净化熔体、细化晶粒。
[0014] 本发明的第三个关键点在于：均匀化采用三级均匀化，使铸锭中非平衡共晶相回 溶，减少合金内部粗大相，同时难溶相球化，为后续纳米析出相的合理分布奠定基础，有利 于合金的加工及产品性能的保证；热轧过程中轧制温度不低于350°C，单道次轧制压下量 不大于30 %，有利于合金轧制过程中的应力释放，降低了轧制过程中的裂纹产生与扩散的 机率。
[0015] 选择在本发明所指范围的合金成分，随成分配比和加工处理方法的不同，所得材 料的性能会有差异，但材料总体特征为：
[0016] (1)抗拉强度〇b多550Mpa、伸长率S彡7%，合金强度较5XXX铝合金提高了至 少 25%。
[0017] (2)密度彡2. 70g/cm3,优选的成分密度彡2. 65g/cm3。
[0018] (3)板材轧制过程中不需要转向轧制。
【附图说明】
[0019] 列举材料制备过程中的部分图片进行说明，图片不限于此。
[0020] 图1 :实施例4合金板材轧制效果图，板材轧制第三道次时分层裂开；
[0021]图2:实施例5板材轧制效果图，板材最后一道横向断裂，裂纹较多、较大；
[0022] 图3 :实施例10板材轧制效果图，板型良好。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合具体实施例对本发明进行详细的说明。
[0024] 各实施例中合金化学成分重量百分比控制为：Mg=3.0~8.0%;Zn=2. 1~ 5. 0%;Li<2. 0% ;Cu〈2. 0% ;Mn〈l. 2% ;Fe〈0. 3% ;Si〈0. 3% ;加入Cr、Ti、Zr、Sc、Hf、La、 Ce、Pr、Nd、Ag中的一种或多种元素，单种元素加入量小于0. 5% ;不可避免的还存在其它杂 质元素，其它杂质单种元素不超过0. 05%，杂质总量不超过0. 2%，余量为A1。为体现材料 性能的优越性，进一步的将实施例中合金化学成分控制在优选范围内。
[0025] 材料制备流程为：熔铸一均匀化一锯铣一加热一轧制一固溶一淬火一时效。为进 一步说明本发明的优越性，对制备方法中采用对比例与实施例说明。制备方法如下：
[0026] A:对比例一（一级均匀化）
[0027]a.恪铸：选择在本发明所指范围的合金成分，Al、Mg、Zn采用纯A1、纯Mg、纯 Zn的方式加入，其他元素均用中间合金方式加入；熔铸温度控制为730~750°C，对熔 体进行搅拌、除气、扒渣处理，在710~720°C温度范围下将熔体浇铸成长X宽X厚= 150XI20X45mm的板材。
[0028]b.均匀化：对板材铸锭进行450~470°C/24~28h均匀化处理。
[0029]c?锯铣：对均匀化处理后的铸锭进行锯切、铣面长X宽X高=110X100X40mm。
[0030] d.加热：将铣面后的铸锭进行400~430°C/I~2h加热处理。
[0031]e.轧制：单道次轧制压下量不大于30%，经多道次将板材轧制6mm厚，轧制温度 控制在350~430°C范围内，乳制过程中根据板材温度进行中间退火，中间退火制度控制为 400 ~430°C/30 ~120min。
[0032] f?