本發明涉及一種具有高強度、高韌性、低成本的高zn含量變形al-zn合金及其制備方法。
背景技術：
：變形鋁合金因其高比強度、高韌性、優異耐腐蝕性能等優異力學或物理性能而被廣泛應用于航空、航天、軌道交通、國防等領域。目前，人們已經開發出al-cu-mg、al-mg-si、al-si-mg、al-mn、al-mg、al-zn-mg等多個牌號的商用鋁合金。盡管上述合金在工程領域上已經得到了廣泛的應用，但傳統的商用鋁合金加工工藝極為復雜，并且對生產工藝具有嚴格的控制要求。否則在熔鑄過程中極易發生熱裂，導致熔鑄失敗。因此傳統商用鋁合金普遍具有較高加工的成本特點。尋求新合金體系，使其具有優異力學性能的同時，還具有較低的生產成本具有重要的工程意義。近年來，人們發現高zn含量的al-zn二元體系合金具有彈性模量高、耐磨損性高及超高強度的優點。廉價的zn還可大幅降低高zn含量al合金的生產成本。同時，從al-zn二元相圖可知，該合金還具有較低的液相線，因此在熔鑄該合金的過程中可降低加熱溫度，進而減少能耗。進一步降低合金成本。因此高zn含量鋁合金有高強度、高韌性以及低成本特點。但是，到目前為止，還未出現關于高zn含量變形合金的應用報道。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種具有高強度、高韌性以及低成本的高zn含量變形鋁合金及其制備方法。本發明主要是利用工業純鋁、工業純鋅作為原料，借助于熔煉、鑄造、熱處理、軋制變形手段，可得到具有優異力學性能的變形鋁合金。本發明的技術方案如下：一、本發明的鋁合金中zn的重量百分比含量為20-35%,合金平均晶粒尺寸為3μm左右。二、上述al-zn合金的制備方法：1、原材料：工業純鋁塊和工業純鋅絲。2、鑄造al-zn合金：將200g工業純鋁塊在電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為750℃，坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護及真空環境。待鋁完全融化后，將50-108g工業純鋅絲沉入熔池，降低爐內溫度至700-730℃，保溫20分鐘后，進行澆注，鑄型為石墨鑄型，制備出鋅重量百分比含量為20-35%的al-zn合金。3、al-zn合金固溶處理：將步驟(2)所得鑄造態al-zn合金在400℃-475℃環境下保溫1-5小時后，進行水冷處理。4、al-zn合金軋制變形：將步驟(3)所得固溶后的al-zn合金進行多道次的軋制變形，變形溫度為室溫-400℃，總變形量為50%-90%。本發明與現有市面商用鋁合金相比具有如下優點：1）本發明的鋁合金強度適中，最大抗拉強度為370-450mpa、2）塑性適中，最大延伸率為5%-13%、3）生產成本更加低廉，僅需要固溶和軋制變形處理，且固溶溫度較低，時間較短。附圖說明圖1為本發明實施例1獲得的變形al-zn合金的金相圖。具體實施方式：實施例1:（1）將200g工業純鋁錠(湖南稀土研究院生產)放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為750℃。坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護及真空環境。鋁錠完全融化后，加入108g純鋅絲（北京中金研材料科技有限公司生產）。同時將爐內溫度降低至700℃，保溫20分鐘后，進行澆注，鑄型為石墨鑄型，得到鑄造態al-35%zn合金。（2）對步驟(1)所得鑄造態al-35%zn合金在400℃環境下保溫5小時后，進行水冷處理。得到固溶態al-35%zn合金。（3）對步驟(2)所得固溶態al-35%zn合金進行400℃熱軋，單道次變形量為5%，熱軋總變形量為90%。實施例2:（1）將200g工業純鋁錠(湖南稀土研究院生產)放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為750℃。坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護及真空環境。鋁錠完全融化后，加入108g純鋅絲（北京中金研材料科技有限公司生產）。同時將爐內溫度降低至720℃，保溫20分鐘后，進行澆注，坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護及真空環境，得到鑄造態al-35%zn合金。（2）對步驟(1)所得鑄造態al-35%zn合金在430℃環境下保溫3小時后，進行水冷處理。得到固溶態al-35%zn合金。（3）對步驟（2）所得固溶態al-35%zn合金進行400℃熱軋，單道次變形量為5%，熱軋總變形量為50%。對熱軋后的al-35%zn合金再進行單道次變形量為5%的冷軋，冷軋總變形量為80%。實施例3:（1）將200g工業純鋁錠(湖南稀土研究院生產)放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為750℃。坩堝為石墨坩堝，無需氣氛保護及真空環境。鋁錠完全融化后，加入50g純鋅絲（北京中金研材料科技有限公司生產）。同時將爐內溫度降低至730℃，保溫20分鐘后，進行澆注。鑄型為石墨鑄型。得到鑄造態al-20%zn合金。（2）對步驟(1)所得鑄造態al-20%zn合金在450℃環境下保溫1小時后，進行水冷處理。得到固溶態al-20%zn合金。（3）對固步驟(2)所得溶態al-20%zn合金進行室溫冷軋，單道次變形量為5%，冷軋總變形量為90%。對最終得到的變形鋁合金進行力學性能測試。力學性能測試在室溫條件下，在萬能力學試驗機下進行。本發明變形鋁合金的屈服強度≥350mpa，最大抗拉強度≥370mpa，抗拉延伸率≥5%。測試的具體數據見表1。表1：本發明獲得的合金力學性能測試結果編號屈服強度（mpa）最大抗拉強度（mpa）抗拉延伸率（%）來源實施例140043010實測實施例24204505實測實施例335037013實測當前第1頁12