專(zhuān)利名稱(chēng)：一種7000系鋁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種7000系鋁合金材料及其制備方法，屬于金屬材料工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著鋁冶金裝備技術(shù)及冶金學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)水平的提高，鋁合金的發(fā)展趨勢(shì)為高純凈、高性能及高合金化，已經(jīng)出現(xiàn)了通過(guò)熔鑄技術(shù)制造的600MPa級(jí)及通過(guò)粉末冶金技術(shù)制造SOOMPa級(jí)的鋁合金。而這些鋁合金斷裂韌度往往不令人滿意，發(fā)明一種抗拉強(qiáng)度可達(dá)750MPa以上，T-L向K I c可達(dá)28MPaml/2以上的高強(qiáng)高韌鋁合金，在航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、體育用品、兵器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。600MPa級(jí)鋁合金已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用，目前達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平的超高強(qiáng)鋁合金有美國(guó) 7055 (Al-8%Zn-2. OMg-2. 2%Cu_0. 10%Zr),7068 (Al-7. 8%Zn_2. 5Mg-2. 0%Cu_0. 10%Zr)及俄羅斯B96系(Al-8. 5%Zn-2. 6Mg_2. 3%Cu_0. 15%Zr)鋁合金。國(guó)內(nèi)也發(fā)展600MPa級(jí)鋁合金，并已進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，但其T-L向K I c可達(dá)25MPaml/2以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種7000系鋁合金材料及其制備方法，其目的是使該種材料的極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)750MPa以上，同時(shí)延伸率高于10%、T-L向K I c可達(dá)28MPaml/2以上。采用本發(fā)明技術(shù)方案生產(chǎn)的新型鋁合金制品因具優(yōu)異的強(qiáng)度及斷裂韌性，可用于航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、體育用品、兵器等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)元件。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該種7000系鋁合金材料，其特征在于該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 7. 6 11. 0%, Mg I. 2 3. 0%, Cu I. 3 2. 6%, Zr 0. 04 0. 30%,Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)彡 0. 05%,總量彡 0. 15%,余量為Al。該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比還有Cr 0. 10 0. 60%。該合金優(yōu)選的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 7. 6 9. 0%，Mg 2. 4 3. 0%，CuI. 3 2. 4%, Zr 0. 04 0. 24%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)(0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。該合金優(yōu)選的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 8. 5 10. 2%，Mg I. 8 2. 6%, CuI. 3 2. 0%, Zr 0. 04 0. 20%, Cr 0. 30 0. 60%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。該合金優(yōu)選的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 10. 4 11. 0%，Mg I. 2 2. 6%，CuI. 3 I. 9%, Zr 0. 04 0. 20%, Cr 0. 30 0. 60%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。本發(fā)明是一種7000系高合金元素高強(qiáng)高韌鋁合金，主合金元素Zn及Mg形成主要強(qiáng)化相，另一主合金元素Cu起輔助強(qiáng)化效果，同時(shí)起到提高提高合金耐應(yīng)力腐蝕性能的作用，本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，控制Zn含量為7. 6 9. 0%，通過(guò)大幅提高合金元素Mg的含量至2. 4 3. 0%，Cu的加入量控制為I. 3 2. 4%，采用本發(fā)明制備工藝，合金制品具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌度及腐蝕性能。本發(fā)明研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)提高Zn含量及降低Cu、Mg含量，可有效提高20%的鑄錠鑄成率，并進(jìn)一步改善冶金質(zhì)量和提高合金強(qiáng)度/韌度綜合性能。Zn含量的增加至9. 0%以上，將促進(jìn)合金元素Cu材料抗剝落腐蝕性能的損傷，如保持材料較高的抗剝落腐蝕性能，合金兀素Cu加入上限約為2. 0%,加入微量合金兀素Cr,米用Cr+Zr復(fù)合微合金化技術(shù),材料抗剝落腐蝕性能更穩(wěn)定。本發(fā)明技術(shù)方案還提出了一種制備上述7000系鋁合金材料的方法，其特征在于該方法的步驟為(I)按合金的化學(xué)成分及重量百分比要求配料；(2 )按7000系合金常規(guī)工藝，對(duì)合金進(jìn)行熔鑄；(3)在加熱爐內(nèi)對(duì)合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，第一級(jí)均勻化溫度為410°C 430°C，保溫時(shí)間為3 7小時(shí)；第二級(jí)均勻化溫度為450°C 480°C，分為兩階段或更多階段進(jìn)行，不同階段溫度相差10°C，總保溫時(shí)間36小時(shí)以上；(4)按7000系合金常規(guī)工藝，將均勻化后的鑄錠扒皮后，進(jìn)行鍛造，再經(jīng)軋制或擠壓成形；(5)鑄錠成形后的毛坯需經(jīng)固溶淬火處理，固溶溫度為460°C 480°C，固溶處理分2級(jí)進(jìn)行，第二級(jí)溫度比第一級(jí)高10°C ；(6)固溶淬火處理后的毛坯經(jīng)峰值時(shí)效或過(guò)時(shí)效熱處理，隨后加工成所需零部件， 峰值時(shí)效及過(guò)時(shí)效熱處理均分級(jí)進(jìn)行，其中合金峰值時(shí)效工藝制度為65°C 79°C /不低于100h+105°C 145°C /8h 40h ；合金過(guò)時(shí)效工藝制度為65°C 79°C /不低于100h+105°C 145°C /4h+170°C 185 °C /0. IOh 6h+105°C 145 °C /8h 30h。上述制備方法中采用了雙級(jí)均勻化工藝，可以更進(jìn)一步促進(jìn)Zr元素的作用，如附圖I及圖2，研究表明430°C以下均勻化，含Zr鋁合金可析出彌散細(xì)小的A13Zr相，保證材料組織遺傳性，從而提高材料的強(qiáng)度韌度綜合性能水平，而無(wú)430°C以下均勻化預(yù)析出，直接450°C以上均勻化則A13Zr相較粗大，材料的強(qiáng)度韌度綜合性能水平將受到影響。本發(fā)明技術(shù)方案中提出了第二級(jí)均勻化的分階段工藝，研究表明均勻化溫度越高，均勻化效果越好，但具有鑄錠過(guò)燒風(fēng)險(xiǎn)；在4601之間保溫一定時(shí)間后，可提高鑄錠過(guò)燒點(diǎn)，再提高約10°C保溫完成均勻化，從而提高最終均勻化效果而避免過(guò)燒。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)分級(jí)固溶工藝，較低溫度保溫一定時(shí)間后，可提高材料的過(guò)燒點(diǎn)，并能進(jìn)一步提高材料固溶度，從而獲得優(yōu)良的綜合性能。本發(fā)明技術(shù)方案建立在研究了長(zhǎng)時(shí)時(shí)效對(duì)析出相的種類(lèi)及形態(tài)的影響基礎(chǔ)上，研究表明79°C以下GP( I )區(qū)均勻充分析出，隨著溫度升高其尺寸亦增大，達(dá)到溶質(zhì)原子與析出相的平衡；105°C以上GP (II)區(qū)析出，且GP (I)區(qū)快速析出，并向n’相轉(zhuǎn)化，140°C以上GP (I)區(qū)向n’相轉(zhuǎn)化行為明顯；170°C以上達(dá)到了 GP區(qū)回溶臨界溫度，材料沉淀相行為以GP區(qū)轉(zhuǎn)化及回溶為主。本發(fā)明依據(jù)以上強(qiáng)化相析出序列，提出了一種分級(jí)時(shí)效工藝，可充分的提高材料強(qiáng)韌化效果。綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)高合金化，提高材料強(qiáng)度及韌度綜合水平，釆用Cr的微合金化，提高材料耐腐蝕水平。在制備工藝上，通過(guò)分級(jí)均勻化技術(shù)，控制第二相析出；通過(guò)分級(jí)固溶工藝，提高材料固溶度；通過(guò)79°C以下長(zhǎng)時(shí)預(yù)析出工藝，控制強(qiáng)化相析出系列，提高材料強(qiáng)化相的析出體積分?jǐn)?shù)。所以，本發(fā)明技術(shù)方案在合金化及制備工藝技術(shù)上體現(xiàn)了多種技術(shù)創(chuàng)新，其效果是大幅提高材料強(qiáng)度及韌度水平。


圖I為不同溫度均勻化后鑄錠的第二相析出圖2為雙級(jí)均勻化工藝后鑄錠的第二相析出
具體實(shí)施例方式表一為本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施例的化學(xué)成分及重量百分比。表I :實(shí)施例鑄錠的合金成分
權(quán)利要求
1.一種7000系鋁合金材料，其特征在于該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比為Zn7.6 11. 0%, Mg I. 2 3. 0%, Cu I. 3 2. 6%, Zr 0. 04 0. 30%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)彡0. 05%,總量彡0. 15%,余量為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的7000系鋁合金材料，其特征在于該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比還有Cr 0. 10 0. 60%o
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的7000系鋁合金材料，其特征在于該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 7. 6 9. 0%, Mg 2. 4 3. 0%, Cu I. 3 2. 4%, Zr 0. 04 0. 24%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%，其它雜質(zhì)單個(gè)彡 0. 05%,總量彡 0. 15%，余量為 Al。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的7000系鋁合金材料，其特征在于該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 8. 5 10. 2%, Mg I. 8 2. 6%, Cu I. 3 2. 0%, Zr 0. 04 0. 20%, Cr0.30 0. 60%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)彡 0. 05%,總量彡 0. 15%,余量為Al。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的7000系鋁合金材料，其特征在于該合金包括的化學(xué)成分及重量百分比為Zn 10. 4 11. 0%, Mg I. 2 2. 6%, Cu I. 3 I. 9%, Zr 0. 04 0. 20%, Cr0.30 0. 60%, Si ( 0. 08%, Fe ( 0. 10%, Ti ( 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè)彡 0. 05%,總量彡 0. 15%,余量為Al。
6.一種制備權(quán)利要求I所述7000系鋁合金材料的方法，其特征在于該方法的步驟為 (1)按合金的化學(xué)成分及重量百分比要求配料； (2)按7000系合金常規(guī)工藝，對(duì)合金進(jìn)行熔鑄； (3)在加熱爐內(nèi)對(duì)合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，第一級(jí)均勻化溫度為410°C 430°C，保溫時(shí)間為3 7小時(shí)；第二級(jí)均勻化溫度為450°C 480°C，分為兩階段或更多階段進(jìn)行，不同階段溫度相差10°C，總保溫時(shí)間36小時(shí)以上； (4)按7000系合金常規(guī)工藝，將均勻化后的鑄錠扒皮后，進(jìn)行鍛造，再經(jīng)軋制或擠壓成形； (5)鑄錠成形后的毛坯需經(jīng)固溶淬火處理，固溶溫度為460°C 480°C，固溶處理分2級(jí)進(jìn)行，第二級(jí)溫度比第一級(jí)高10°C ； (6)固溶淬火處理后的毛坯經(jīng)峰值時(shí)效或過(guò)時(shí)效熱處理，隨后加工成所需零部件，峰值時(shí)效及過(guò)時(shí)效熱處理均分級(jí)進(jìn)行，其中 合金峰值時(shí)效工藝制度為65°C 79°C /不低于100h+105°C 145°C /8h 40h ； 合金過(guò)時(shí)效工藝制度為65 °C 79 °C /不低于100h+105°C 145 °C /4h+150°C 180 °C /6h 30h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備7000系鋁合金材料的方法，其特征在于該方法步驟(6)中的合金過(guò)時(shí)效工藝制度為65°C 79°C /不低于100h+105°C 145°C /4h+170°C 185°C /0. IOh 6h+105°C 145°C /8h 30h。
全文摘要
本發(fā)明是一種7000系鋁合金材料及其制備方法，按重量百分比計(jì)，其合金成分為Zn7.6～11.0%，Mg1.2～3.0%,Cu1.3～2.6%，Zr0.04～0.30%,Cr0.10～0.60%，Si≤0.08%,Fe≤0.10%，Ti≤0.10%，其它雜質(zhì)單個(gè)≤0.05%，總量≤0.15%，余量為Al。其中合金元素Zr與Cr可選擇或同時(shí)加入。按合金成分配料，將原料融化，經(jīng)爐內(nèi)精煉、靜置后，澆注成所需規(guī)格的合金錠。合金錠經(jīng)優(yōu)選分級(jí)均勻化后可通過(guò)鍛造或擠壓工藝加工成形，經(jīng)分級(jí)固溶后淬火進(jìn)行人工強(qiáng)制時(shí)效后可供加工零件使用，該材料的顯微組織均勻、性能穩(wěn)定，極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)750MPa以上，同時(shí)延伸率高于10%、T-L向KⅠc可達(dá)28MPam1/2。
文檔編號(hào)C22C21/10GK102732761SQ20121020503
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者馮朝輝, 王勝?gòu)?qiáng), 陸政 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院