一种耐蚀可焊超高强铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于铝合金材料领域，涉及一种Al

【技术实现步骤摘要】
一种耐蚀可焊超高强铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于铝合金材料领域，涉及一种Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu
‑
X系耐蚀可焊超高强铝合金及其制备工艺。

技术介绍

[0002]近些年来随着航天领域的快速发展，特别是可回收利用航天运载工具及飞行器的提出，对结构重量及结构可靠性提出了严格要求，需要通过材料、制备工艺的优化改进，在降低结构重量的同时，提高结构的可靠性，从而满足低成本、高可靠、可多次重复使用的需求；此外，随着舰船领域向高机动灵活的特点发展，迫切需要轻质、耐蚀、可焊接的材料制作船体。与钢材、钛合金相比，铝合金具有低密度、高导热性能、良好的成形性能等优点成为上述两个领域主选材料。现阶段航天所用的蒙皮以及内部长桁材料多为峰值时效状态(T6)的7xxx系铝合金，由于合金焊接性能较差，主要采取铆接方式将蒙皮以及长桁连接起来，工序复杂，周期长且可靠性差；同时，T6状态的7xxx系铝合金耐腐蚀性能相对较差(剥蚀一般为EC等级)，需要采取严格的表面防护措施，避免存放时发生局部腐蚀；舰船领域现阶段采用5xxx系板材及挤压壁板作为船体主材，材料具有良好的焊接性能，但是存在强度偏低(抗拉不超过400MPa)，超过60℃热暴露后耐腐蚀性能急剧降低等不足(剥落腐蚀由P级迅速衰落到EB等级)。传统的7xxx系可焊接铝合金如7005、7003等合金的强度等级为400MPa左右，熔焊后焊缝强度基本不超过300MPa。现有成熟的铝合金材料均难以满足现阶段航天、舰船领域的高强度(合金强度500MPa以上)、高可靠(剥落腐蚀EA等级，良好熔焊性能且焊接后接头强度400MPa)的使用需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：提出一种Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu
‑
X系耐蚀可焊接铝合金及其制备方法，使合金在具有500MPa强度等级的同时，具备无晶间腐蚀，剥落腐蚀不低于EA级的良好的耐蚀性能以及熔焊后接头强度达到400MPa的良好焊接性能，可实现工业化批量制备与应用。
[0004]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0005]一方面，提供一种耐蚀可焊超高强铝合金，所述合金的成分及质量百分比为：Zn 6.2～6.9％、Mg 2.6～3.2％、Cu 0.25～0.48％，Sc 0.05～0.35％，Zr 0.10～0.20％，Ti 0.03～0.10％以及Mn 0.15～0.45％、Ag 0.05～0.20％、Cr 0.10～0.25％、Er 0.10～0.25％中的一种或几种，杂质元素Si≤0.10％,Fe≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，其中Zn含量:Mg含量比例控制在1.8～2.7。
[0006]优选地，所述合金中的Zn、Mg、Cu、Sc质量百分比为：Zn 6.3～6.9％、Mg 2.7～3.1％、Cu 0.30～0.45％，Sc 0.10～0.35％。
[0007]进一步地，所述合金中的Zn、Mg、Cu、Sc质量百分比为：Zn 6.5～6.8％、Mg 2.8～3.0％、Cu 0.35～0.4％，Sc 0.15～0.30％。
[0008]另一方面，提供一种耐蚀可焊超高强铝合金的制备方法，包括以下几个步骤：
[0009]步骤一、将合金元素Al、Zn、Mg、Cu、Mn、Zr、Ti、Sc、Ag和Er按照成分配料，Al、Mg、Zn、Cu、Ag以纯金属方式加入，其他元素以中间合金方式加入，Cr、Mn、Ag、Er可选择一种、二种、三种或四种同时加入；
[0010]将纯铝锭在熔炼炉内进行熔化，加入除Mg之外的合金元素，其中以Al
‑
Ti中间合金的方式加入占总量60％～90％的Ti，加热至800℃～840℃，充分熔化后在电磁搅拌状态下保温15～45min，保温完毕后加入纯镁，充分熔化后除去表面浮渣，然后导入保温炉内进行炉内精炼，精炼时金属温度维持在720℃～740℃范围，精炼完毕后调整成分并去除浮渣；
[0011]步骤二、将满足成分要求的合金液导入铸造系统，进行在线精炼及过滤，在此过程中通过铝钛硼丝的方式在线加入10％～40％总量的Ti，浇铸过程中金属液温度保持在710℃～730℃温度范围内；
[0012]步骤三、对铸锭进行均匀化处理，处理时采取双级加热工艺，第一级温度为400℃～430℃，第二级均匀化温度为468℃～478℃；
[0013]步骤四、将均匀化处理后的铸锭扒皮/铣面处理后，在加热炉内加热后进行热轧、热挤压、热锻等工艺热加工成形，加热温度为380℃～460℃，成形过程中坯料温度不应低于280℃；
[0014]步骤五、热加工处理后的材料经过固溶淬火、冷变形、时效处理。
[0015]具体地，步骤五中采取的固溶处理温度为470℃～480℃，淬火，然后进行1.0％～2.0％的冷变形处理，优选地，采用室温水淬火；冷变形方式可以是采取拉伸机进行预拉伸变形也可以采取压机进行冷压变形。
[0016]具体地，步骤五中采用的时效处理工艺为单级或者双级时效处理，选择如下：
[0017]单级时效工艺为：125℃～145℃，保温16～24h，出炉空冷至室温；
[0018]双级时效工艺为：110℃～125℃，保温6～12h，然后升温至150℃～165℃，保温8～20h，出炉空冷至室温。
[0019]优选地，步骤三在空气循环炉内对铸锭进行均匀化处理。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术针对航天、舰船领域对超高强耐蚀可焊接铝合金的使用需求，专利技术一种含钪的Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系铝合金及其制备工艺，通过加入以Sc元素为主的微合金化元素，调整Zn、Mg、Cu的含量，使Zn:Mg控制在1.8～2.7范围内(比例过高会导致焊接性能降低，过低则耐腐蚀性能不能保证)，Cu含量则不超过0.48％，避免Cu含量超过0.48％时铸锭中大尺寸W相(Al
‑
Cu
‑
Sc)的形成；同时，充分利用Sc、Ti、Zr、Mn、Er等微合金化元素联合加入后对凝固过程的细化效果(本专利技术的合金成分范围中，Sc细化效果的最低含量0.05％，Mn最低含量0.15％、Er最低含量0.10％)，消除低Cu含量带来的铸锭严重疏松缺陷，最终提高熔焊性能，抑制焊缝热裂倾向。
[0021]针对合金的成分开发了相应的熔体高温保温、在步骤一和步骤二中Ti元素两次加入、分级均匀化、提高时效温度等制备工艺，一方面，使合金中微合金化元素充分发挥“核心点”的作用，使其均匀分布在合金内部，细化合金晶粒组织以及焊接时焊缝的组织并提高热影响区的组织稳定性；另一方面，调控析出相的类型及分布方式，使其在晶内均匀析出，在晶界上断续析出；综合这两方面的效果，使合金在具有较高强度以及耐腐蚀性能的同时，还具有良好的焊接性能。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐蚀可焊超高强铝合金，其特征在于：所述合金的成分及质量百分比为：Zn 6.2～6.9％、Mg 2.6～3.2％、Cu 0.25～0.48％，Sc 0.05～0.35％，Zr 0.10～0.20％，Ti 0.03～0.10％以及Mn 0.15～0.45％、Ag 0.05～0.20％、Cr 0.10～0.25％、Er 0.10～0.25％中的一种或几种，杂质元素Si≤0.10％,Fe≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，其中Zn:Mg含量比控制在1.8～2.7。2.根据权利要求1所述的耐蚀可焊超高强铝合金，其特征在于：所述合金中的Zn、Mg、Cu、Sc质量百分比为：Zn 6.3～6.9％、Mg 2.7～3.1％、Cu 0.30～0.45％，Sc 0.10～0.35％。3.根据权利要求1所述的耐蚀可焊超高强铝合金，其特征在于：所述合金中的Zn、Mg、Cu、Sc质量百分比为：Zn 6.5～6.8％、Mg 2.8～3.0％、Cu 0.35～0.4％，Sc 0.15～0.30％。4.一种制备如权利要求1所述的耐蚀可焊超高强铝合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下几个步骤：步骤一、将合金元素按照成分配料，Al、Mg、Zn、Cu、Ag以纯金属方式加入，其他元素以中间合金方式加入，Cr、Mn、Ag、Er可选择一种、二种、三种或四种同时加入；将纯铝锭在熔炼炉内进行熔化，加入除Mg之外的合金元素，其中以Al
‑
Ti中间合金的方式加入占总量60％～90％的Ti，加热至800℃～840℃，充分熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国爱，郝时嘉，马正斌，王亮，孙刚，
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：