一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金及提高其应力腐蚀性能的方法技术

本发明专利技术属于Al

【技术实现步骤摘要】
一种Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金及提高其应力腐蚀性能的方法


[0001]本专利技术属于Al
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Zn
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Mg
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Cu系硬质铝合金材料制造
，涉及一种提高Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金应力腐蚀性能的方法。

技术介绍

[0002]Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金属于高强可热处理强化铝合金，由于具备质轻和比强度高等优点，被广泛应用于航空、航天等领域承力结构件的制备。受到降低成本、减重、整体制造等设计需求，该系列铝合金构件需要具有更高的强韧性、更好的耐腐蚀性，以及更大的半成品规格，相应的，合金成分设计趋势随之改变。
[0003]经过几十年的发展，Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金从代表的7050铝合金，逐渐向7150、7055、7085、7065铝合金发展，合金成分主流设计趋势为：高Zn、高Zn/Mg比、可低Cu、低Cu/Mg比。高Zn、高Zn/Mg比可以使得合金获得更高的强度，低Cu、低Cu/Mg比则以提高合金的淬透性，降低不同厚度层性能的衰减，满足大规格构件整体制造的需要，同时，Cu元素的降低也可提高合金的剥落和晶间腐蚀性能。但是，铝合金的耐腐蚀性能共分为剥落腐蚀、晶间腐蚀和抗应力腐蚀三种，剥落腐蚀可以通过表面防护+涂漆的手段有效改善，表面防护可以在铝合金表面形成致密的氧化膜，涂漆则可以进一步实现空气的物理隔离。但是，应力腐蚀性能是指在应力条件下，材料在腐蚀环境中抵抗开裂的能力，目前尚无法通过间接手段提高，只能依靠成分设计或制备工艺优化，获得理想的抗应力腐蚀组织特征。对于承力结构件，从服役开始，将始终保持受应力状态，抗应力腐蚀性能尤为关键，一旦发生开裂，后果严重。目前主流成分设计发展趋势的合金，由于Cu元素的降低，抗应力腐蚀性能下降的问题逐渐凸显，应力敏感性逐渐提高，国外波音和空客公司已在全球范围内对低Cu的7085等合金安全风险提示。
[0004]表1几种典型Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金成分范围(质量百分数/％)
[0005][0006]目前，处于该系列铝合金高综合性能的设计需求，低Cu含量的成分设计趋势已经成分发展主流，国内外针对抗应力腐蚀性能改善的研究随之集中在制备流程中的后半段，重点在固溶、时效热处理工艺两个方面。陈送义等人在《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》期刊上发表了《热处理对7085铝合金应力腐蚀开裂、断裂韧性和强度的影响》文章，该文章对7085铝合金的时效热处理工艺开展了研究，研究结果表明：7085合金的应力腐蚀开裂抗力依次为：T6＜RRA＜DRRA≈T74，热处理对合金应力腐蚀开裂和断裂韧性的影响主要与基体析出相和晶界析出相有关。马志民等人在《金属学报》期刊上
发表了《淬火速率对7136铝合金应力腐蚀开裂敏感性的影响》文章，该文章研究了淬火速率对抗应力腐蚀开裂性能的影响规律，研究结果表明：随着淬火速率的减小，应力腐蚀开裂敏感性先升后降，裂纹扩展方式由穿晶向沿晶转变，晶界和亚晶界析出相形貌特征以及晶界析出相化学成分的变化是应力腐蚀开裂敏感性随淬火速率减小，呈现先增加后降低的主要原因。大量研究表明，应力腐蚀行为的发生分为裂纹萌生和扩展两个阶段，裂纹萌生与粗大第二相的数量和尺寸相关，裂纹扩展的速度与晶界析出相的形貌、尺寸和成分相关，且裂纹扩展的速度直接决定了萌生的点蚀是否会进一步扩展形成应力腐蚀裂纹，更为关键。而裂纹扩展速率受到晶界MgZn2析出相中的Cu元素含量直接影响，高的Cu元素含量将减小晶界和无沉淀析出带之间的电位差，相当于降低了局部原电池反应中正负极电压，从而降低腐蚀的速率。
[0007]固溶和时效热处理均是通过优化工艺，来调控晶界和晶内析出相的形貌、尺寸和成分，改善Cu元素的分布，从而改善抗应力腐蚀性能。但随着该系列合金成分主流设计趋势中Cu元素的进一步降低，单一通过热处理的工艺优化，已经很难兼顾强韧性匹配的同时，来改善抗应力腐蚀性能，迫切需要开发一种新的方法，有效的调控低Cu元素含量Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金中有限的Cu元素的分布，从而更好的改善应力腐蚀性能。
[0008]国内外针对Sc、Er元素微合金化的研究多集中在单独研究Sc元素，或单独研究Er元素，以及近些年研究热度较高的Sc元素微合金形成的核壳结构等，而且针对这两种元素微合金化作用的研究重点多集中在元素添加后，显微组织发生的变化(增加形核质点，细化晶粒等)对合金强韧性(拉伸、断裂性能等)的影响方面，而对于应力腐蚀性能(航空等领域工程化应用过程中重点关注)的研究少之又少，即，现有技术中对Sc、Er元素微合金化的研究更偏基础研究和预先研究方面，关注点也更偏向于对合金强韧性的改善，对于航空等领域工程化应用方面的研究较少。此外，相比于Sc和Er单独元素微合金的研究，Sc、Er元素复合微合金化的研究相对较少，在少量同时包含Sc、Er的研究中，也仅是从成本经济性(Er价格不到Sc的十分之一)出发考虑，并没有从复合微合金化机理研究，而针对应力腐蚀性能和复合微合金之间的关系研究未见相关报道。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是：设计一种提高Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金应力腐蚀性能的方法，通过稀土元素Sc和Er的复合微合金化设计，协同、定向调控Zn、Mg、Cu元素在晶内和晶界的析出，从而提升该合金系铝合金的应力腐蚀性能。
[0010]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0011]提供一种Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金，所述的Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金所含元素的重量百分比为：Zn：7.0～10.0；Mg：1.0～1.8；Zr：0.08～0.12；Ti：0.02～0.06；Fe≤0.08；Si≤0.06；Mn≤0.05；Cr≤0.05；Cu：1.0～2.3；余量为Al；还包括Sc和Er，且Sc和Er的含量满足0.5≤Sc/Er≤1.0，且同时满足下面条件之一：
[0012]当Sc：0.05～0.15％，Er：0.05～0.15％时，满足0.03≤Er/Cu≤0.07。
[0013]当Sc：0.15～0.30％，Er：0.15～0.30％时，满足0.10≤Er/Cu≤0.20。
[0014]优选地，所述的Zn、Mg、Cu含量为：Zn：8.5～9.5；Mg：1.5～1.8；Cu：1.7～2.3。
[0015]还提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金，其特征在于：所述的Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金所含元素的重量百分比为：Zn：7.0～10.0；Mg：1.0～1.8；Zr：0.08～0.12；Ti：0.02～0.06；Fe≤0.08；Si≤0.06；Mn≤0.05；Cr≤0.05；Cu：1.0～2.3；余量为Al；其特征在于：还包括Sc和Er，且Sc和Er的含量满足0.5≤Sc/Er≤1.0。2.根据权利要求1所述的Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金，其特征在于：Sc和Er的含量具体为：Sc：0.05～0.15％，Er：0.05～0.15％，同时满足0.03≤Er/Cu≤0.07。3.根据权利要求1所述的Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金，其特征在于：Sc和Er的含量具体为：Sc：0.15～0.30％，Er：0.15～0.30％，同时满足0.10≤Er/Cu≤0.20。4.根据权利要求1所述的Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金，其特征在于：所述的Zn、Mg、Cu含量为：Zn：8.5～9.5；Mg：1.5～1.8；Cu：1.7～2.3。5.一种提高权利要求1所述的Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金应力腐蚀性能的方法，所述方法步骤如下：1)熔炼：据合金成分配比，先后在不同温度下将精铝锭，锌锭以及铝铜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢清源，臧金鑫，伊琳娜，何维维，戴圣龙，
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：