專利名稱：鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變形鋁合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種將鈹元素作為Al-Zn-Mg-Cu系合金元素的新型變形鋁合金材料。
背景技術(shù)：
Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金是一類高強度的變形鋁合金，其代表合金為美國的7475鋁合金，相當(dāng)于中國的LC4鋁合金。
7475鋁合金成分及其含量(wt.％)如下Zn5.20～6.20，Mg1.90～2.60，Cu1.20～1.90，Cr0.18～0.25，Mn≤0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，余量為Al。
LC4鋁合金成分及其含量(wt.％)如下Zn5.0～7.0，Mg1.80～2.8，Cu1.40～2.0，Cr0.1～0.25，Mn0.02～0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，余量為Al。
Al-Zn-Mg-Cu系合金屬于可熱處理強化的變形鋁合金，因此，對其性能的研制主要基于顯微組織結(jié)構(gòu)的控制，這種控制是通過對合金成分的調(diào)整與對合金進行熱處理來實現(xiàn)的，其中，最重要的一種熱處理方法是淬火+時效硬化。
鈹也是一種化學(xué)活性很強的元素，能與其它許多元素形成含鈹合金。如鋁鈹合金、鈦鈹合金、銅鈹合金、鎳鈹合金等。在這些合金中，鈹使合金具有較低的密度，較高的強度和剛度，如鑄造鋁鈹合金B(yǎng)eralcast191，它的密度為2180kg/m3，比鋁合金A-356(2680kg/m3)、鈦合金Ti-6Al-4V(4700kg/m3)、鋁復(fù)合材料Al-20SiC(2740kg/m3)低，它的屈服強度為158.6MPa，抗拉強度為215MPa，該合金的剛度為鋁的3.5倍，而其質(zhì)量卻比鋁輕22％。鋁鈹合金B(yǎng)eralcast191的剛度也為鎂及鋁基復(fù)合材料剛度的若干倍。鈹鋁合金具有良好的可鑄造性，也可對其進行熱處理，當(dāng)采用熱等靜壓制造時，既可提高其強度又可改善其塑性。只要設(shè)計合理，鈹鋁合金零件的質(zhì)量可比傳統(tǒng)鑄造鋁合金零件輕50％以上，而且具有良好的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金，以改變原Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金的組織，從而繼續(xù)提高了其綜合性能。
本發(fā)明之鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金，合金元素包括鋁鋅鎂銅系變形鋁合金的各種元素，其中各元素重量百分量(Wt.％)為，Zn5.0～7.0，Mg1.80～2.80，Cu1.20～2.0，Cr0.10～0.25，Mn≤0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，Al為余量，合金元素還包括合金化的鈹元素，Be元素占鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金重量的0.03％～0.65％。
本發(fā)明的目的在于研制一種新型Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金，即在Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金中添加一定量的鈹，使鈹作為一種合金化元素，參與和作用這類合金的相變?nèi)^程，從而提高了這類合金的綜合性能，特別是硬度和強度。
本發(fā)明的新觀點在于將鈹元素添加到Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金中，使之成為其中的一種合金化元素；占變形鋁合金重量的0.03％～0.65％的鈹元素熔煉到Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金中去，能形成鋁鋅鎂銅鈹合金系列；鈹元素成為Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金中的合金化的元素后，同原Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金材料相比，能明顯提高材料的綜合性能，特別是在硬度和強度方面。
配制新型鋁鋅鎂銅變形鋁合金材料的大致步驟為鋁鋅鎂銅變形鋁合金+鈹構(gòu)成鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金，其中，合金中Be元素含量為0.03％～0.65％，Be元素含量推薦值為0.03％～0.60％。
配制本鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金所用鈹可以是鈹?shù)闹虚g合金，也可以是鈹金屬。


圖1時效硬化曲線I圖2時效硬化曲線II圖3時效硬化曲線III具體實施方式
不同變形鋁合金的實施例將00號鋁錠升溫熔化，各合金元素的添加次序和添加時的溫度按鋁合金熔化常規(guī)，最后再向鋁合金液中分別添加0.03％、0.11％、0.60％比例的鈹金屬，待其完全熔化后進行精煉處理、保溫，澆注成胚料、軋制，能夠分別得到含鈹0.03％的鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金材料、含鈹0.11％的鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金材料和含鈹0.60％的鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金材料。材料1中Zn5.41，Mg2.43，Cu1.49，Be0.03，Cr0.13，Mn≤0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，Al為余量；材料2中Zn5.39，Mg1.95，Cu1.23，Be0.11，Cr0.20，Mn≤0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，Al為余量；材料3中Zn6.8，Mg2.36，Cu2.0，Be0.6，Cr0.13，Mn≤0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，Al為余量；分別對含鈹0.039％的鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金材料、含鈹0.11％的鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金材料、含鈹0.60％的鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金材料和7475鋁合金進行不同固溶溫度、不同時效溫度下的單級時效處理，測量它們的硬度HB和強度。
熱處理工藝673～783K保溫1小時，進行淬火。淬火介質(zhì)為冷水，水溫＜313K。淬火后，人工時效，時效溫度在373～403K，保溫6～12小時，其強度和硬度均高于無Be的7475鋁合金。屈服強度σ0.2≥45MPa，抗拉強度σb≥58MPa；硬度值最高達140HB。而不含鈹?shù)匿X鋅鎂銅變形鋁合金性能指標(biāo)小于該值，其中，性能最好的7475鋁合金的屈服強度σ0.2為40～42MPa，抗拉強度σb為50～54MPa，硬度值最高達111HB。
實例一在溫度為753K固溶1小時，393K時效條件下，7475鋁合金的硬度峰值為111HB，含鈹0.03％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為139HB；含鈹0.11％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為134HB，含鈹0.60％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為128HB，見圖1。
實例二在溫度為783K固溶1小時，393K時效條件下，7475鋁合金的硬度峰值為111HB；含鈹0.03％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為140HB；含鈹0.11％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為137HB，含鈹0.60％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為130HB，見圖2。
實例三在溫度為723K固溶1小時，453K時效條件下，7475鋁合金的硬度峰值為106HB；含鈹0.03％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為140HB；含鈹0.11％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為137HB，含鈹0.60％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金的硬度峰值為130HB，見圖3。
在時效溫度相同，固溶溫度相同的條件下，鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金比7475鋁合金的硬度高。
實例四；含鈹0.03％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金，在溫度為783K保溫1小時，水淬，然后在溫度393K保溫16小時，其σ0.2＝47.6MPa，σb＝60.1MPa。
實例五含鈹0.11％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金，在溫度為753K保溫1小時，水淬，然后在溫度393K保溫16小時，其σ0.2＝47.1MPa，σb＝59.3MPa。
實例六含鈹0.60％的Al-Zn-Mg-Cu-Be鋁合金，在溫度為753K保溫1小時，水淬，然后在溫度393K保溫16小時，其σ0.2＝46.1MPa，σb＝58.5MPa。
權(quán)利要求
1.一種鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金，合金元素包括鋁鋅鎂銅系變形鋁合金的各種元素，其中各元素重量百分量為，Zn5.0～7.0，Mg1.80～2.80，Cu1.20～2.0，Cr0.10～0.25，Mn≤0.06，F(xiàn)e≤0.12，Si≤0.10，Ti≤0.06，Al為余量，其特征在于合金元素還包括合金化的鈹元素，Be元素占鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金重量的0.03％～0.65％。
2.如權(quán)利要求1所述鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金，其特征在于Be元素占鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金重量的0.03％～0.60％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁鋅鎂銅鈹變形鋁合金。本變形鋁合金突破了鋁鋅鎂銅系變形鋁合金組成成分中不含Be元素的現(xiàn)狀，其優(yōu)點為含有一定量合金化的鈹元素，配以適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫?，使這類合金的強度和硬度提高，合金的綜合性能得到進一步改善。
文檔編號C22C21/10GK1546709SQ20031011151
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者李堯, 夏露, 楊俊杰, 馮俊, 李 堯 申請人:李堯, 李 堯