專利名稱：：合金組合物及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本公開提供了顯示出極高強(qiáng)度的鋁-鋅-鎂-銅-鋯合金組合物Al-(812.5)重量％Ζη-(1·22.0)重量％Mg-(1.42.2)重量％Cu-(0.100.18)重量％-&。本公開還提供了被進(jìn)一步加工為高強(qiáng)度合金擠壓材或高強(qiáng)度合金薄板材的合金半成品的制備方法。
背景技術(shù)：
：航空航天和國(guó)防領(lǐng)域中強(qiáng)度至關(guān)重要的各種應(yīng)用大量需要鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金。為了各種結(jié)構(gòu)應(yīng)用常常將這些合金加工為板材、平板材、擠壓材和鍛件等形式。在航空航天應(yīng)用中，一個(gè)要求是將這些合金加工為厚度小于0.3mm的薄板材形式，其中將Al合金薄板材與纖維(優(yōu)選玻璃纖維)組合使用而形成纖維-金屬層壓(FML)復(fù)合物。用于FML復(fù)合物中的Al合金薄板材的強(qiáng)度性質(zhì)在決定FML復(fù)合物的拉伸屈服強(qiáng)度中起著重要作用[AdViot禾口J.W.Gunnink，F(xiàn)ibreMetalLaminates:AnIntroduction,KluwerAcademicPublishers，TheNetherlands，2001]。此夕卜，由于厚度小于0.3mm的Al合金板改善了懸垂性(drapability)而優(yōu)選將其用于上述目的。美國(guó)專利第4，477，292號(hào)和第4，832，758號(hào)公開了作為能通過鑄錠冶金路線生產(chǎn)的一類極高強(qiáng)度鋁合金的鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金。這類合金的提高的強(qiáng)度性質(zhì)改善了特定性質(zhì)(就單位密度的強(qiáng)度和單位楊氏模量的強(qiáng)度等而言)并因此使得能極大地節(jié)省重量，對(duì)這些合金的開發(fā)努力的主要重點(diǎn)被放在通過各種冶金工藝對(duì)強(qiáng)度的改善上。美國(guó)專利第4，699，673號(hào)；第4，988，394號(hào)和美國(guó)專利申請(qǐng)第20060191609號(hào)公開了厚度最高達(dá)1.2mm的Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法。但是尚未有任何有關(guān)制備厚度低至彡0.3mm的高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&板材的信息。與在這類產(chǎn)品中保留高強(qiáng)度相關(guān)的問題是，隨著板材被制得越來越薄，導(dǎo)致破裂的重結(jié)晶的發(fā)生變得越來越顯著。然而，出于這種薄板材的加工細(xì)節(jié)的專利性質(zhì)，在文獻(xiàn)中還沒有有關(guān)這一主題的信息。本領(lǐng)域內(nèi)已知的一種高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Culr合金即AA7055[美國(guó)鋁業(yè)公司(ALC0A)，技術(shù)數(shù)據(jù)可獲自www.millproducts-alcoa.com]的組成為Al-(7.68.4)重量％Zn-(1.82.3)重量％Mg-(22.6)Mfi%Cu-(0.080.25)重量％Zr。7055T7751擠壓材在縱向(即沿著擠壓方向)的典型拉伸性質(zhì)是0.2%彈性極限應(yīng)力(proofstress)=655MPa，UTS=669MPa，伸長(zhǎng)率=11%。T77回火(temper)擁有相當(dāng)于峰時(shí)效T6回火的強(qiáng)度性質(zhì)，但其應(yīng)力腐蝕斷裂抗性與Τ76回火相似[ALCOApublication.LightMetalAge,October,1991，第14頁]。美國(guó)專利申請(qǐng)第20040099352號(hào)公開了包含8.2%10%Zn、l.95%2.5%Cu、1.9%2.5%Mg和0.05%0.25%&的另一種高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金。當(dāng)通過擠壓加工和峰時(shí)效處理時(shí)該合金給出703MPa的0.2%P.S.。另一種以擠壓材形式加工并熱處理至峰時(shí)效化T6回火的含鈧高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&類合金具有Al-8.6Zn_2.6Mg_2.4Cu_0.2重量％Sc的組成和未公開的Zr量[Metall.Mater.Trans.A,30A,1017，1999]。該材料的典型拉伸性質(zhì)是0.2%PS=689MPa，UTS=715MPa且伸長(zhǎng)率=11.8%。然而，近期研究已顯示，含有不超過8.5重量％的Zn且Mg和Cu含量各自不超過2重量％的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金能在峰時(shí)效化回火中獲得相似甚至更高的0.2%P.S.[Minerals&MetalsReview,10，2005，第65頁]。其意義在于，既不需添加Sc也無需超過8.5重量％的Zn含量而可在這些合金的峰時(shí)效化擠壓材中獲得約700MPa的0.2%P.S.。美國(guó)專利申請(qǐng)第20050056353號(hào)公開了含有8.5%11%ZnU.8%2.4%Mg、1.8%2.6%Cu、0.05%0.30%Sc(以重量％計(jì))和不超過0.5重量％的來自Zr、V和Hf的至少一種元素的另一種高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金。該合金在通過擠壓加工和峰時(shí)效處理時(shí)給出在670MPa715MPa范圍內(nèi)的0.2%P.S.值。美國(guó)專利申請(qǐng)第20050072497號(hào)公開了包含8.3%14%Ζη、0·3%2%Cu、0.5%4.5%Mg、0.03%0.15%Zr(以重量％計(jì))和來自Sc、Hf、La、Ce或Nd的至少一種元素[選定元素的量在0.02重量％0.7重量％范圍內(nèi)]的又一種高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金。該合金在通過擠壓加工和峰時(shí)效處理時(shí)顯示出670MPa783MPa的0.2%P.S.值。含Sc合金的主要缺點(diǎn)在于鈧金屬價(jià)格昂貴。而上述合金的另一個(gè)限制則是鈧礦在包括印度在內(nèi)的許多國(guó)家無法獲得。近期還揭示出Al-Zn-Mg-Culr合金中Sc的存在使疲勞性能劣化[ScriptaMaterialia，第52卷，第645頁，2005]。因此，對(duì)具有極高強(qiáng)度的鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金的進(jìn)一步開發(fā)具有廣闊前景，這類合金尤其在需要厚度甚至小于0.30mm的板材的航空航天應(yīng)用領(lǐng)域中和各種尺寸的擠壓材被用于多種應(yīng)用的國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域中具有許多應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本公開提供了組成為Al-(812.5)重量％Zn-(1.22.0)重量％Mg-(1.42.2)重量％Cu-(0.100.18)重量％Zr的鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金及其制備方法。本公開還提供了能被進(jìn)一步加工為極高強(qiáng)度的合金擠壓材或合金薄板材的該組合物的合金半成品的制備方法。本公開的一個(gè)方面提供了組成為Al-(11.512.5)重量％Zn-(1.32.0)重量％Mg-(1.52.2)重量％Cu-(0.120.18)重量％&的鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金擠壓材。本公開的另一個(gè)方面提供了組成為Al_(810)重量％Zn-(1.22.0)重量％Mg-(1.42.2)重量％Cu-(0.120.18)重量％&的鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金薄板材。本公開的一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金的制備方法，所述方法采用兩步均質(zhì)化法從而使得固化產(chǎn)品更有效地溶解，由此使得合金在隨后的熱加工和機(jī)械加工過程中保持提高的溶質(zhì)過飽和并在時(shí)效處理下獲得高強(qiáng)度。本公開的另一方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，所述方法使用優(yōu)化的合金組成和擠壓加工參數(shù)從而使合金能通過在擠壓加工過程中基本保持未重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)并帶來固溶化效果以獲得高強(qiáng)度。本公開的另一方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，所述方法使用優(yōu)化的合金組成、均質(zhì)化處理、軋制參數(shù)和中間退火處理從而使合金能極大地將邊緣破裂程度降至最低并通過在板材的大多數(shù)部分保持基本未重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)而獲得高強(qiáng)度。本公開的又一方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金的制備方法，所述方法使用兩步人工時(shí)效處理從而使合金能獲得可重現(xiàn)性強(qiáng)度性質(zhì)。本公開的再一方面提供了具有極高強(qiáng)度的厚度小于0.30mm的Al-Zn-Mg-Culr合金板的制備方法。參考以下描述、所附權(quán)利要求和附圖將使本發(fā)明主題的上述和其它特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)更好地被理解，在所述附圖中圖1.顯示本公開的峰時(shí)效化合金擠壓材中的部分重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片。圖2.顯示本公開的厚度為0.28mm的峰時(shí)效化合金板材中的基本未重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片。圖3.顯示本公開的峰時(shí)效化合金擠壓材中未重結(jié)晶部分中存在的亞晶粒結(jié)構(gòu)的透射電子顯微照片。圖4.顯示本公開的峰時(shí)效化合金擠壓材中的強(qiáng)化η'沉淀的均勻和精細(xì)分布的透射電子顯微照片。圖5.顯示本公開的厚度為0.28mm的峰時(shí)效化合金板材中的強(qiáng)化η‘沉淀的均勻和精細(xì)分布的透射電子顯微照片。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了組成如下的鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金(以重量％計(jì))Zn812.5重量Mg1.22.0重量％；Cu1.42.2重量％；和Zr0.100.18重量％。本公開還提供了組成如下的鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金半成品(以重量％計(jì))Zn812.5重量Mg1.22.0重量％；Cu1.42.2重量％；禾口Zr0.100.18重量％。本公開的一個(gè)方面提供了組成如下的鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金擠壓材(以重量％計(jì))Zn11.512.5重量％；Mg1.32.0重量％；Cu1.52.2重量％；和Zr0.120·18重量％。本公開的另一個(gè)方面提供了組成如下的鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金薄板材(以重量％計(jì))Zn810重量Mg1.22.0重量％；Cu1.42.2重量％；和Zr0.120.18重量％。本公開的再一個(gè)方面提供了組成為Al_(812.5)重量％Zn-(1.22.0)重量％Mg-(1.42.2)重量％Cu-(0.100.18)重量％&的鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金半成品的制備方法。所述方法包括a.熔化原生鋁(primaryaluminium)和A1-33重量％Cu母合金(masteralloy)的裝料混合物；b.添加元素純Zn，接著升高熔融裝料的溫度；c.向熔融裝料中添加々1-50重量％1%母合金和1%_28重量％&母合金并隨后使其過熱；d.降低溫度添加晶粒細(xì)化成核顆粒；e.添加除氣顆粒；f.在氬氣氛圍下將熔融熔化物倒入預(yù)熱后的金屬模具內(nèi)；和g.固化以獲得合金鑄造方坯(billet)或板坯(slab)。本公開的一個(gè)方面提供了鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金半成品的制備方法，其中原生鋁的最低純度為99.80重量％。本公開的另一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金半成品的制備方法，其中通過在720V730°C溫度范圍內(nèi)熔化而將包含76.38重量％84.81重量％的原生鋁和4.54重量％6.97重量％的A1-33重量％Cu母合金的裝料混合物在感應(yīng)爐中熔化。本公開的又一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金半成品的制備方法，其中將8.15重量％12.65重量％的元素純Zn添加至熔融裝料并將裝料溫度升高至735°C745V。隨后，添加2.04重量％3.32重量％的A1-50重量％Mg母合金和0.46重量％0.68重量％的1%-28重量％Zr母合金并將熔融合金過熱至755°C765°C持續(xù)1015分鐘。本公開的再一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金半成品的制備方法，其中將過熱的熔融合金降溫至735740°C并添加0.Olkg0.Ikg重量的成核顆粒以進(jìn)行晶粒細(xì)化。所用成核顆粒為六氟化二鉀鈦(K2TiF6)或四氟化硼酸鉀(KBF4)。本公開的另一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金半成品的制備方法，其中通過除氣將如氫氣等溶解氣體從熔融物中除去，所述除氣使用0.Olkg0.5kg的重量的如六氯代乙烷(C2Cl6)等除氣顆粒來實(shí)現(xiàn)。本公開的一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金半成品的制備方法，其中在氬氣氛圍下將熔融物在710°C720°C的較低溫度倒入已預(yù)熱至145°C155°C的溫度范圍的合適尺寸的金屬模具內(nèi)。本公開的另一個(gè)方面提供了Al-Zn-Mg-Cu-&合金半成品的制備方法，其中使熔融物固化而獲得合金鑄造方坯或板坯。本文所用術(shù)語合金半成品是指合金的鑄造方坯和鑄造板坯。本公開的一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，所述方法包括a.均質(zhì)化、剝皮并擠壓合金鑄造方坯；b.固溶處理、淬火；延展合金擠壓材以獲得1.5%的永久應(yīng)變；并進(jìn)行人工時(shí)效處理以獲得峰時(shí)效化高強(qiáng)度合金擠壓材。本公開的另一個(gè)方面提供了組成為Al-(11.512.5)重量％Zn-(1.32.0)重量％Mg-(1.52.2)重量％Cu-(0.120.18)重量％Zr的高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金擠壓材的制備方法，所述方法包括a.熔化原生鋁和A1-33重量％Cu母合金的裝料混合物；b.添加元素純Zn，接著升高熔融裝料的溫度；c.向熔融裝料中添加々1-50重量％1%母合金和1%_28重量％&母合金并隨后使其過熱；d.降低溫度添加晶粒細(xì)化成核顆粒；e.添加除氣顆粒；f.在氬氣氛圍下將熔融熔化物倒入預(yù)熱后的金屬模具內(nèi)；g.固化以獲得合金鑄造方坯；h.均質(zhì)化、剝皮并擠壓合金鑄造方坯；i.固溶處理、淬火、延展合金擠壓材以獲得1.5%的永久應(yīng)變；和j.進(jìn)行人工時(shí)效處理以獲得峰時(shí)效化高強(qiáng)度合金擠壓材。本公開的另一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，其中以兩步進(jìn)行均質(zhì)化。第一步在440°C450°C的溫度范圍進(jìn)行2535h，接著在450°C460°C的溫度范圍進(jìn)行2030h的第二步均質(zhì)化，隨后在空氣中冷卻。均質(zhì)化處理消除了鑄造微結(jié)構(gòu)中的樹狀偏析并使得固化產(chǎn)品更有效地溶解，由此使得合金可在隨后的熱加工和機(jī)械加工過程中保持增加的溶質(zhì)過飽和狀態(tài)從而在時(shí)效處理時(shí)獲得高強(qiáng)度。將均質(zhì)化板坯剝皮以除去形成于表面的氧化物層。對(duì)剝皮后的方坯進(jìn)行非破壞性測(cè)試以檢測(cè)鑄造缺陷。本公開的再一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，其中在400°C430°C的初始方坯溫度范圍、151251的擠出比范圍和2mm/s5mm/s的沖壓速度進(jìn)行方坯的擠壓加工。本公開的一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，其中于450°C460°C的溫度范圍進(jìn)行Ih2h固溶處理接著在室溫進(jìn)行水淬火。出于緩解應(yīng)力的目的使擠壓材延展以獲得1.5%的永久應(yīng)變。本公開的另一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，其中使延展后的合金擠壓材進(jìn)行兩步人工時(shí)效處理第一階段在90°C100°C進(jìn)行68h，接著在120°C125°C進(jìn)行2025h的第二階段時(shí)效處理。這種處理以可再現(xiàn)方式在合金擠壓材中產(chǎn)生了尖峰強(qiáng)度。本公開的再一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金擠壓材的制備方法，所述方法使用優(yōu)化的擠壓加工參數(shù)從而使合金能通過在擠壓加工期間保持基本未重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)和帶來固溶化效果而獲得高合金強(qiáng)度。本公開的又一個(gè)方面提供了最小0.2%拉伸P.S.為750MPa的高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金擠壓材的制備方法。本公開的一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，所述方法包括a.將合金鑄造板坯均質(zhì)化、剝皮并熱軋為板材，隨后將板材冷軋并中間退火以獲得所需厚度的合金板材；和b.固溶處理、淬火；并進(jìn)行人工時(shí)效處理以獲得峰時(shí)效化高強(qiáng)度合金板材。本公開的另一個(gè)方面提供了組成為Al-(810)重量％Zn-(1.22.0)重量％Mg-(1.42.2)重量％Cu-(0.100.18)&的高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Culr合金薄板材的制備方法，所述方法包括a.熔化原生鋁和A1-33重量％Cu母合金的裝料混合物；b.添加元素純Zn，接著升高熔融裝料的溫度；c.向熔融裝料中添加々1-50重量％1%母合金和1%_28重量％&母合金并隨后使其過熱；d.降低溫度添加晶粒細(xì)化成核顆粒；e.添加除氣顆粒；f.在氬氣氛圍下將熔融熔化物倒入預(yù)熱后的金屬模具內(nèi)；g.固化以獲得合金鑄造板坯；h.將合金鑄造板坯均質(zhì)化、剝皮并熱軋為板材隨后將板材冷軋并中間退火以獲得所需厚度的合金板材；i.固溶處理、淬火；和j.進(jìn)行人工時(shí)效處理以獲得峰時(shí)效化高強(qiáng)度合金薄板材。本公開的再一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，其中第一步在445°C455°C的溫度范圍進(jìn)行25h35h的均質(zhì)化處理，接著在455°C465°C的溫度范圍進(jìn)行IOh20h的第二步均質(zhì)化，隨后在空氣中冷卻。均質(zhì)化處理消除了鑄造結(jié)構(gòu)中的樹狀偏析。將均質(zhì)化后的板坯剝皮以除去形成于表面的氧化物層。然后對(duì)剝皮后的板坯進(jìn)行非破壞性測(cè)試以檢測(cè)鑄造缺陷。本公開的又一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，其中使剝皮后的板坯(初始厚度為100mm)在425°C435°C的初始方坯溫度范圍和20m/分鐘的線性速度進(jìn)行熱軋以產(chǎn)生厚度約為22mm的平板。然后采用相同的初始方坯溫度和軋制速度對(duì)這些平板進(jìn)行橫軋以最終產(chǎn)生厚度約為5mm的薄板材。在熱軋期間，進(jìn)行3遍4%8%的方坯厚度減少并隨后在415°C435°C的溫度范圍進(jìn)行1525分鐘中間退火。持續(xù)這一循環(huán)直到目標(biāo)板的厚度為22mm，隨后獲得厚度為5mm的板材。進(jìn)行中間退火處理是出于應(yīng)力緩解目的。本公開的另一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，其中使熱軋后的板材在室溫進(jìn)行分步冷軋，每步涉及3遍的15%25%的厚度減少，并隨后在在415°C425°C的溫度范圍進(jìn)行1525分鐘的中間退火，接著在空氣中冷卻。進(jìn)行中間退火處理是出于應(yīng)力緩解目的。重復(fù)冷軋及隨后的中間退火過程直到板材的厚度降至0.28mm,即小于0.3mm。本公開的一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，其中對(duì)軋制后的板材在450°C460°C的溫度范圍進(jìn)行11.5h的固溶處理接著在室溫用水淬火。本公開的另一個(gè)方面提供了高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-&合金薄板材的制備方法，其中人工時(shí)效處理是在90°C100°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行6h8h接著在115°C125°C進(jìn)行20h30h時(shí)效處理的兩步過程。這一處理在合金中產(chǎn)生了尖峰強(qiáng)度。本公開的一個(gè)方面提供了形式為厚度小于0.3mm的板材的高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的制備方法，所述合金具有可重現(xiàn)性強(qiáng)度性質(zhì)，即在峰時(shí)效化回火中623MPa的最小0.2%拉伸PS。用工作實(shí)施例對(duì)本公開的這些方面以及其它方面進(jìn)行更詳細(xì)的說明，所述實(shí)施例旨在說明本公開的實(shí)施而非旨在限制性地對(duì)本公開的范圍暗含任何限定。實(shí)施例實(shí)施例1=Al-Il.8重量％Zn-L4重量％Mg-L8重量％Cu-O.16重量％Zr的制備對(duì)于15kg的本公開的合金熔融物，將11.98kg的原生鋁(純度為99.80重量％的Al，其余為0.15重量％Fe和0.05重量％Si雜質(zhì))和0.864kg的A1-33重量％Cu母合金的混合物裝入感應(yīng)爐。將上述裝料混合物在725°C熔化。向該熔融裝料中添加1.7kg的鑄錠形式純Zn。當(dāng)裝料已熔化后，將熔融裝料的溫度升至740°C并依次添加0.364kg的A1-50重量％Mg母合金和0.092kg的Mg-28重量％Zr母合金。使裝料過熱至760°C并將整個(gè)材料在該溫度保持10分鐘。然后將溫度降至740°C并添加0.03kg的成核顆粒以用于晶粒細(xì)化。5分鐘后，添加0.04kg除氣顆粒用于除氣。然后將溫度為720°C的熔融合金在氬氣氛圍下倒入經(jīng)預(yù)熱(至150°C的溫度)的合適尺寸的金屬模具內(nèi)。讓熔融物固化并除去鑄錠中具有鑄造缺陷的部分。獲得直徑95mm且高250mm的圓柱形鑄造方坯。使方坯進(jìn)行包括在445°C進(jìn)行24h接著在455°C進(jìn)行24h的兩步均質(zhì)化處理，隨后在空氣中冷卻。將方坯剝皮、機(jī)器加工以產(chǎn)生直徑74mm的圓柱形方坯，并沿長(zhǎng)度切為兩半。直徑74mm且高125mm的圓柱形方坯已準(zhǔn)備好進(jìn)行后續(xù)擠壓加工。在420°C的初始方坯溫度、3mm/秒的擠壓沖擊速度和201的擠壓比對(duì)方坯進(jìn)行擠壓。在460°C對(duì)擠壓材進(jìn)行1.5h的固溶處理、在水中常溫淬火并采用兩步時(shí)效處理進(jìn)行峰時(shí)效處理，所述兩步時(shí)效處理涉及第一步在100°C進(jìn)行8h和第二步在120°C進(jìn)行24h時(shí)效處理。該熱處理在合金中產(chǎn)生了尖峰強(qiáng)度。然后用這些峰時(shí)效化擠壓材進(jìn)行拉伸性質(zhì)評(píng)估(見表1)。實(shí)施例2:A1-12.1重量％Zn-L5重量％Mg-L8重量％Cu-O.16重量％Zr的制備對(duì)于15kg的本公開的合金熔融物，將11.85kg的原生鋁(純度為99.80重量％的Al，其余為0.15重量％Fe和0.05重量％Si雜質(zhì))和0.86kg的A1-33重量％Cu母合金的混合物裝入感應(yīng)爐。將上述裝料混合物在725°C熔化。向該熔融裝料中添加1.84kg的鑄錠形式純Zn。當(dāng)裝料已熔化后，將熔融裝料的溫度升至740°C并依次添加0.36kg的A1-50重量％Mg母合金和0.09kg的Mg-28重量％Zr母合金。使裝料過熱至760°C并將整個(gè)材料在該溫度保持10分鐘。然后將溫度降至740°C并添加0.03kg的成核顆粒以用于晶粒細(xì)化。5分鐘后，添加0.04kg除氣顆粒用于除氣。然后將溫度為720°C的熔融合金在氬氣氛圍下倒入經(jīng)預(yù)熱(至150°C的溫度)的合適尺寸的金屬模具內(nèi)。當(dāng)熔融物固化后，除去鑄錠中具有鑄造缺陷的部分。獲得直徑95mm且高250mm的圓柱形鑄造方坯。使方坯進(jìn)行包括在445°C進(jìn)行24h接著在455°C進(jìn)行24h的兩步均質(zhì)化處理，隨后在空氣中冷卻。將方坯剝皮、機(jī)器加工以產(chǎn)生直徑74mm的圓柱形方坯，并沿長(zhǎng)度切為兩半。直徑74mm且高125mm的圓柱形方坯已準(zhǔn)備好進(jìn)行后續(xù)擠壓加工。在420°C的初始方坯溫度、3mm/秒的擠壓沖擊速度和201的擠壓比對(duì)方坯進(jìn)行擠壓。在460°C對(duì)擠壓材進(jìn)行1.5h的固溶處理、在水中常溫淬火并采用兩步時(shí)效處理進(jìn)行峰時(shí)效處理，所述兩步時(shí)效處理涉及第一步在100°C進(jìn)行8h和第二步在120°C進(jìn)行24h時(shí)效處理。該熱處理在合金中產(chǎn)生了尖峰強(qiáng)度。然后用這些峰時(shí)效化擠壓材進(jìn)行拉伸性質(zhì)評(píng)估(見表2)。實(shí)施例3:Α1-8.3重量％Zn-L9重量Mg-L7重量％Cu-O.18重量％Zr的制備對(duì)于50kg的本公開的合金熔融物，將41.154kg的原生鋁(純度為99.85重量％的Al，其余為0.09重量％Fe和0.06重量％Si雜質(zhì))和2.72kg的A1-33重量％Cu母合金的混合物裝入感應(yīng)爐。將上述裝料混合物在725°C熔化。向該熔融裝料中添加4.225kg的鑄錠形式純Zn。當(dāng)裝料已熔化后，將熔融裝料的溫度升至740°C并依次添加1.562kg的A1-50重量％Mg母合金和0.339kg的Mg-28重量％Zr母合金。使裝料過熱至760°C并將整個(gè)材料在該溫度保持10分鐘。然后將溫度降至740°C并添加0.IOkg的成核顆粒以用于晶粒細(xì)化。5分鐘后，添加0.25kg除氣顆粒用于除氣。然后將溫度為720°C的熔融合金在氬氣氛圍下倒入經(jīng)預(yù)熱(至150°C的溫度)的合適尺寸的金屬模具內(nèi)。當(dāng)熔融物固化后，除去鑄錠中具有鑄造缺陷的部分。然后獲得340mm(長(zhǎng))X300mm(寬)XIOOmm(厚)的長(zhǎng)方體鑄造方坯。使方坯進(jìn)行兩步均質(zhì)化退火，第一步在450°C進(jìn)行25h接著第二步在460°C進(jìn)行15h，隨后在空氣中冷卻。將均質(zhì)化的方坯剝皮以便除去方坯表面的氧化層。對(duì)方坯進(jìn)行熱軋。熱軋?jiān)?25°C的初始方坯溫度和20m/分鐘的線性速度進(jìn)行。遵循3遍6%的厚度減少和隨后為了緩解應(yīng)力在430°C的20分鐘中間退火，持續(xù)相同熱軋循環(huán)直到目標(biāo)板的厚度達(dá)到22mm，隨后進(jìn)行橫軋以獲得厚度為5mm的板材。然后對(duì)熱軋后的板材進(jìn)行冷軋。遵循3遍20%的厚度減少和隨后為了緩解應(yīng)力在420°C的15分鐘中間退火，對(duì)板材持續(xù)進(jìn)行相同循環(huán)直到達(dá)到0.28mm的厚度，即小于0.30mm的目標(biāo)厚度。然后對(duì)板材在460°C進(jìn)行Ih固溶處理接著在水中室溫淬火。接著對(duì)板材在100°C進(jìn)行8hr人工時(shí)效處理，隨后在120°C進(jìn)行24h人工時(shí)效處理。該熱處理在合金中產(chǎn)生了尖峰強(qiáng)度。然后用這些峰時(shí)效化材料進(jìn)行拉伸性質(zhì)評(píng)估(見表3)。實(shí)施例4:Α1-9.5重量％Zn-L6重量％Mg-2.0重量％Cu-O.17重量％Zr的制備對(duì)于50kg的本公開的合金熔融物，將40.536kg的原生鋁(純度為99.85重量％的Al，其余為0.09重量％Fe和0.06重量％Si雜質(zhì))和3.03kg的A1-33重量％Cu母合金的混合物裝入感應(yīng)爐。將上述裝料混合物在725°C熔化。向該熔融裝料中添加4.825kg的鑄錠形式純Zn。當(dāng)裝料已熔化后，將熔融裝料的溫度升至740°C并依次添加1.288kg的A1-50重量％Mg母合金和0.321kg的Mg-28重量％Zr母合金。使裝料過熱至760°C并將整個(gè)材料在該溫度保持10分鐘。然后將溫度降至740°C并添加0.IOkg的成核顆粒以用于晶粒細(xì)化。5分鐘后，添加0.25kg除氣顆粒用于除氣。然后將溫度為720°C的熔融合金在氬氣氛圍下倒入經(jīng)預(yù)熱(至150°C的溫度)的合適尺寸的金屬模具內(nèi)。當(dāng)熔融物固化后，除去鑄錠中具有鑄造缺陷的部分。然后獲得340mm(長(zhǎng))X300mm(寬)XIOOmm(厚)的長(zhǎng)方體鑄造方坯。使方坯進(jìn)行兩步均質(zhì)化退火，第一步在450°C進(jìn)行25h接著第二步在460°C進(jìn)行15h，隨后在空氣中冷卻。將均質(zhì)化的方坯剝皮以便除去方坯表面的氧化層。對(duì)方坯進(jìn)行熱軋。熱軋?jiān)?25°C的初始方坯溫度和20m/分鐘的線性速度進(jìn)行。遵循3遍6%的厚度減少和隨后為了緩解應(yīng)力在430°C的20分鐘中間退火，持續(xù)相同熱軋循環(huán)直到目標(biāo)板的厚度達(dá)到22mm，隨后進(jìn)行橫軋以獲得厚度為5mm的板材。然后對(duì)熱軋后的板材進(jìn)行冷軋。遵循3遍20%的厚度減少和隨后為了緩解應(yīng)力在420°C的15分鐘中間退火，對(duì)板材持續(xù)進(jìn)行相同循環(huán)直到達(dá)到0.28mm的厚度，即小于0.30mm的目標(biāo)厚度。然后對(duì)板材在460°C進(jìn)行Ih固溶處理接著在水中室溫淬火。接著對(duì)板材在100°C進(jìn)行8h人工時(shí)效處理，隨后在120°C進(jìn)行24h人工時(shí)效處理。該熱處理在合金中產(chǎn)生了尖峰強(qiáng)度。然后用這些峰時(shí)效化材料進(jìn)行拉伸性質(zhì)評(píng)估(見表4)。實(shí)施例5:合金評(píng)估使用在常溫對(duì)拉伸試樣(25mm度量長(zhǎng)度)進(jìn)行的拉伸測(cè)試對(duì)本公開的實(shí)施例14的合金的拉伸性質(zhì)進(jìn)行了檢驗(yàn)。實(shí)施例1和2的合金在圓桿拉伸試樣上進(jìn)行測(cè)試，而實(shí)施例3和4的合金在平板拉伸試樣上進(jìn)行測(cè)試。表14分別表示實(shí)施例14的拉伸測(cè)試結(jié)果。這些結(jié)果最顯著的特點(diǎn)是極高的0.2%P.S.值，即對(duì)于實(shí)施例1和2的高強(qiáng)度合金而言最小0.2%P.S.為755MPa，而對(duì)于實(shí)施例3和4的高強(qiáng)度合金薄板材而言最小0.2%P.S.為623MPa。圖1顯示了本公開的峰時(shí)效化合金擠壓材中的部分重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)。所得的0.2%P.S.值數(shù)據(jù)與峰時(shí)效化合金擠壓材中絕大多數(shù)未重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)中的亞晶粒結(jié)構(gòu)的保留(圖3)和本公開的厚度為0.28mm的峰時(shí)效化板材的基本未重結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)(圖2)的保留相一致。所述數(shù)據(jù)還表征了峰時(shí)效化合金擠壓材(圖4)和合金薄板材(圖5)中存在均勻和精細(xì)分布的強(qiáng)化沉淀?？梢宰⒁獾?，本公開的合金使用<99.85重量％純度的原生鋁來制備。因此，可以理解，當(dāng)使用更高純度(例如，99.9重量％)的Al進(jìn)行制備時(shí)，合金的延性(即伸長(zhǎng)％)將更高得多。表1.本公開的實(shí)施例1的峰時(shí)效化合金擠壓材的拉伸性質(zhì)序號(hào)I0.2%P.S.(MPa)IUTS(MPa)伸長(zhǎng)％~755765θΤ~~27687825Λ~~375877258~76277957<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2.本公開的實(shí)施例2的峰時(shí)效化合金擠壓材的拉伸性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表3.本公開的實(shí)施例3的厚0.28mm的峰時(shí)效化合金板材的拉伸性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表4.本公開的實(shí)施例4的厚0.28mm的峰時(shí)效化合金板材的拉伸性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權(quán)利要求一種鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金，所述合金的組成以重量％計(jì)為Zn8～12.5重量％；Mg1.2～2.0重量％；Cu1.4～2.2重量％；和Zr0.10～0.18重量％。2.—種鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金擠壓材，所述合金擠壓材的組成以重量％計(jì)為Zn11.512.5重量％；Mg1.32.0重量％；Cu1.52.2重量％；和Zr0.120.18重量％。3.一種鋁-鋅-鎂-銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金薄板材，所述合金薄板材的組成以重量％計(jì)為Zn810重量％；Mg1.22.0重量％；Cu1.42.2重量％；和Zr0.120.18重量％。4.一種制備權(quán)利要求1所述的鋁_鋅-鎂_銅-鋯(Al-Zn-Mg-Cu-Zr)合金半成品的方法，所述方法包括a.熔化原生鋁和A1-33重量％Cu母合金的裝料混合物；b.添加元素純Zn，接著升高熔融裝料的溫度；c.向熔融裝料中添加々1-50重量％1%母合金和Mg-28重量％&母合金并隨后使其過熱d.降低溫度添加晶粒細(xì)化成核顆粒；e.添加除氣顆粒；f.在氬氣氛圍下將熔融熔化物倒入預(yù)熱后的金屬模具內(nèi)；和g.固化以獲得合金鑄造方坯或板坯。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述原生鋁的最低純度為約99.80重量％。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述裝料混合物包含76.3884.81重量％的原生鋁和4.546.97重量％的々1-33重量％Cu母合金。7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中元素純Zn以8.1512.65重量％的范圍進(jìn)行添加。8.如權(quán)利要求4所述的方法，其中添加到所述裝料混合物中的所述A1-50重量％Mg母合金在2.043.32重量％的范圍內(nèi)，且所述Mg-28重量％Zr母合金在0.460.68重量％的范圍內(nèi)。9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中使用約0.01kg0.1kg的重量的成核顆粒來實(shí)現(xiàn)所述晶粒細(xì)化。10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中使用約0.01kg0.5kg的重量的除氣顆粒來實(shí)現(xiàn)所述除氣。11.如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括a.均質(zhì)化、剝皮并擠壓合金鑄造方坯；b.固溶處理、淬火；延展合金擠壓材以獲得1.5%的永久應(yīng)變；并進(jìn)行人工時(shí)效處理以獲得峰時(shí)效化高強(qiáng)度合金擠壓材。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，第一步在440°C450°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行25h35h的均質(zhì)化，接著在450°C460°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行20h30h的第二步均質(zhì)化。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中于400°C430°C范圍內(nèi)的初始方坯溫度、151251的擠壓比和2mm/s5mm/s的沖壓速度進(jìn)行所述擠壓加工。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中于450°C460°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行l(wèi)h2h固溶處理，接著于室溫進(jìn)行水淬火。15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中人工時(shí)效處理是在90°C100°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行6h8h，接著在120°C125°C進(jìn)行20h25h的兩步過程。16.如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括a.將合金鑄造板坯均質(zhì)化、剝皮并熱軋為板材，隨后將板材冷軋并中間退火以獲得所需厚度的合金板材；和b.固溶處理、淬火；并進(jìn)行人工時(shí)效處理以獲得峰時(shí)效化高強(qiáng)度合金板材。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中第一步在445°C455°C的溫度范圍進(jìn)行25h35h的均質(zhì)化，接著在455°C465°C的溫度范圍進(jìn)行10h20h的第二步均質(zhì)化。18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在425°C435°C的初始方坯溫度范圍、20m/分鐘的線性速度進(jìn)行熱軋，并隨后在415°C425°C的溫度范圍進(jìn)行20分鐘中間退火。19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在室溫分步進(jìn)行冷軋從而每步涉及3遍15%25%的厚度減少，隨后在415°C425°C的溫度范圍進(jìn)行1520分鐘的中間退火，接著空氣冷卻。20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在450°C460°C的溫度范圍進(jìn)行11.5h的固溶處理，接著在室溫用水淬火。21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中人工時(shí)效處理是在90°C100°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行6h8h，接著在115°C125°C進(jìn)行20h25h時(shí)效處理的兩步過程。全文摘要本公開涉及組成為Al-Zn(8～12.5)重量％-Mg(1.2～2.0)重量％-Cu(1.4～2.2)重量％-Zr(0.10～0.18)重量％的高強(qiáng)度鋁-鋅-鎂-銅-鋯合金半成品及其制備方法?？蓪⑺龊辖鸢氤善愤M(jìn)一步加工為高強(qiáng)度合金擠壓材或高強(qiáng)度合金薄板材。文檔編號(hào)C22F1/053GK101835915SQ200880018339公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2008年3月27日優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日發(fā)明者庫瑪·A·穆科帕德亞申請(qǐng)人:總理事，國(guó)防研發(fā)機(jī)構(gòu)