一种高强韧铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及到一种高强韧铝合金及其制备方法。按重量百分比计，其合金成分为：Zn9.0％～10.0％，Mg3.0％～3.8％,Cu 1.8％～2.2％，Zr 0.04％～0.20％，Sc 0.10％～0.20％，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。按合金成分配料，将原料融化，经炉内精炼、静置后，通过快速凝固喷射成形的方法制成合金锭。合金锭分阶段均匀化后通过挤压、轧制或锻造成型，材料经分级固溶后淬火进行人工强制时效后可供加工零件使用。锻件固溶处理后淬火，固溶温度为473℃。淬火后锻件进行峰值时效热处理，峰值时效80℃/16h+135℃/16h。本发明专利技术显微组织均匀、性能稳定，极限抗拉强度可达800MPa以上，同时其延伸率高于10％、T‑L方向断裂韧性可达30MPam

A High Strength and Toughness Aluminum Alloy and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧铝合金及其制备方法所属领域本专利技术涉及一种新型的Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金锻件及其制备方法，属于金属材料工程领域。采用本方法生产的新型铝合金制品具有优异的强度及断裂韧性，其极限抗拉强度可达800MPa以上，同时延伸率高于10％、T-L方向断裂韧性可达30MPam1/2以上。该材料制品可用于航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域的结构元件。
技术介绍
近年来，随着铝冶金装备技术及冶金学基础技术水平的提高，铝合金的发展趋势为高纯净、高性能及高合金化，600MPa级铝合金逐步实现工程化，发展采用粉末冶金技术制备的800MPa级的铝合金。本专利技术为一种超高强高韧铝合金，采用高镁、高锌配比，同时添加Zr、Sc元素实现复合微合金化，通过低温初级预时效方法使得沉淀析出相弥散、均匀，配合多级峰值时效或多级过时效工艺，本专利技术的铝合金抗拉强度可达800MPa以上，T-L向KⅠc可达30MPam1/2以上的高强高韧铝合金，在航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的是一项针对一种新型高强高韧铝合金的制备方法。属于金属材料工程领域。本专利技术的技术方案是一种7000系高强韧铝合金，7000系高强韧铝合金成分重量百分比为：Zn9.0％～10.0％，Mg3.0％～3.8％,Cu1.8％～2.2％，Zr0.04％～0.20％，Sc0.10％～0.20％，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。优选地，Zn元素含量百分比为：Zn9.5％～10.0％。优选地，Mg元素含量百分比为：Mg3.3％～3.8％。优选地，7000系高强韧铝合金采用Zr、Sc复合微合金化，Zr、Sc元素含量百分比分别为：Zr0.08％～0.20％,Sc0.15％～0.20％。所述7000系高强韧铝合金的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)按合金的化学成分及重量百分比要求配料；(2)合金锭制备采用快速凝固喷射成形的方法，工艺过程按7075等合金常规工艺进行；(3)在加热炉内对合金锭进行均匀化处理，均匀化工艺分两阶段执行，第阶段均匀化温度为420℃，保温时间为6小时；第二阶段均匀化温度为460℃/8h+470℃/28h；(4)将均匀化后的合金锭扒皮后经挤压、轧制或锻造成形，成形工艺按7075合金常规工艺进行；(5)成形后进行固溶处理及室温水淬火，固溶温度为473℃；(6)淬火后进行多级峰值时效热处理，峰值时效80℃/16h+135℃/16h。优选地，步骤(6)的峰值时效工艺参数为：110℃～175℃/不低于4h。优选地，步骤(6)的7000系高强韧铝合金过时效工艺制度为：80℃/10h～24h+105℃～145℃/不低于4h+150℃～180℃/6h～30h。本专利技术为一种新型超高强高韧铝合金材料的显微组织均匀、性能稳定，极限抗拉强度可达800MPa以上，同时延伸率高于10％、T-L方向断裂韧性可达30MPam1/2。该材料制品可用于航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域的结构零件。具体实施方式本专利技术是一种7000系高饱和合金元素铝合金，主合金元素Zn及Mg形成主要强化相，另一主合金元素Cu起辅助强化效果，同时起到提高提高合金耐应力腐蚀性能的作用，本专利技术通过提高Zn及Mg含量，进一步提高合金强度及韧度综合性能，本专利技术通过快速凝固成型的方法制成Mg含量高于3％的铝合金铸锭，进一步提高了合金强度性能。研究发现，Zn含量的增加至9.0％以上，将促进合金元素Cu对材料普通腐蚀性能的损伤，如保持材料较高的普通腐蚀性能，合金元素Cu加入上限约为2.0％间，加入微量合金元素Sc，采用Sc+Zr复合微合金化技术，在于控制材料组织织构，降低各向异性，提高材料应力腐蚀性能。针对本专利技术铝合金，开展分级均匀化处理，第一级均匀化温度为420℃，保温时间为6小时，有利于细小的Al(Sc、Zr)析出相弥散析出；第二阶段均匀化分级实施，既保证了充分均匀化，又避免了过烧风险。本专利技术研究了长时时效对析出相的种类及形态的影响，研究表明：90℃下GP(Ⅰ)区均匀充分析出，随着温度升高其尺寸亦增大，达到溶质原子与析出相的平衡；105℃以上GP(Ⅱ)区析出，且GP(Ⅰ)区快速析出，并向η’相转化，150℃以上GP(Ⅰ)区向η’相转化行为明显；180℃以上达到了GP区回溶临界温度，材料沉淀相行为以GP区转化及回溶为主。本专利技术依据以上强化相析出序列，提出了一种分级时效工艺，可充分的提高材料强韧化效果。以下实施例说明了该新型超高强高韧铝合金的制备过程及工艺控制，从而确保合金性能的稳定，以使其在航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域更好的应用。实施例1：合金主成分控制在Zn9.0％～10.0％，Mg3.0％～3.8％,Cu1.8％～2.2％，Zr0.04％～0.20％，Sc0.10％～0.20％，合金锭制备采用快速凝固喷射成形的方法，工艺过程按7075等合金常规工艺进行，制备出φ500mm圆锭，合金锭成分见表1。表1铸锭合金成分铸锭号ZnMgCuZrScTiFeSi3509.33.82.20.14－≤0.10≤0.10≤0.083519.53.92.20.12－≤0.10≤0.10≤0.083529.43.21.80.15－≤0.10≤0.10≤0.083539.23.01.90.14－≤0.10≤0.10≤0.083549.93.11.90.16－≤0.10≤0.10≤0.083559.63.21.80.120.16≤0.10≤0.10≤0.0835610.03.01.90.120.16≤0.10≤0.10≤0.083579.83.22.00.110.15≤0.10≤0.10≤0.0835810.13.32.10.121.13≤0.10≤0.10≤0.083599.13.42.20.130.12≤0.10≤0.10≤0.083609.83.61.90.130.18≤0.10≤0.10≤0.083619.73.01.80.120.14≤0.10≤0.10≤0.089.03.51.90.150.11≤0.10≤0.10≤0.089.43.41.70.080.19≤0.10≤0.10≤0.089.53.42.20.090.20≤0.10≤0.10≤0.08在加热炉内对合金锭进行均匀化处理，均匀化工艺分两阶段执行，第阶段均匀化温度为420℃，保温时间为6小时；第二阶段均匀化分级进行，第一级均匀化温度为460℃，保温时间8小时，第一级均匀化温度为470℃保温时间28小时。将均匀化后的合金锭扒皮后锻造成型，锻造工艺按7075合金常规工艺进行。锻件固溶处理后淬火，固溶温度为473℃。淬火后锻件进行峰值时效热处理，峰值时效工艺1制度为：80℃/16h+135℃/16h。峰值时效工艺2制度为：135℃/16h。合金过时效工艺制度为：80℃/18h+120℃/8h+158℃/8h。表2专利技术合金锻件性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧铝合金，其特征在于，7000系高强韧铝合金成分重量百分比为：Zn9.0％～10.0％，Mg3.0％～3.8％,Cu 1.8％～2.2％，Zr 0.04％～0.20％，Sc 0.10％～0.20％，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧铝合金，其特征在于，7000系高强韧铝合金成分重量百分比为：Zn9.0％～10.0％，Mg3.0％～3.8％,Cu1.8％～2.2％，Zr0.04％～0.20％，Sc0.10％～0.20％，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。2.根据权利要求1所述高强韧铝合金，其特征在于，Zn元素含量百分比为：Zn9.5％～10.0％。3.根据权利要求1所述高强韧铝合金，其特征在于，Mg元素含量百分比为：Mg3.3％～3.8％。4.根据权利要求1所述高强韧铝合金，其特征在于，7000系高强韧铝合金采用Zr、Sc复合微合金化，Zr、Sc元素含量百分比分别为：Zr0.08％～0.20％,Sc0.15％～0.20％。5.如权利要求1所述高强韧铝合金的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)按合金的化学成分及重量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：何维维，冯朝辉，赵唯一，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11