[发明专利]适于大截面主承力结构件制造的铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本涉发明及一种铝合金，特别是适合用于大截面产品制造的铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金作为金属材料中最典型的轻质材料，具有比重低、易加工、成本低等优点，一直是一种关键的军民两用材料。

7xxx系铝合金是Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的总称，也是目前已成功地实现商业化应用的各种变形铝合金中强度最高的一类，7000系铝合金预拉伸板是各种民用和军用飞机、地面和海上交通运输工具中所使用的大型整体式结构件制造用的关键中间产品。随着整机发展对大型整体式结构件综合性能要求的不断提高，大型整体式结构件内部结构复杂程度的上升、总体高度和部分壁厚的增大等等，对大型结构件制造用7000系铝合金材料的综合使用性能(包括力学性能、物理性能、抗腐蚀性能等)、以及加工工艺性能(包括切削加工性能、焊接性能等)提出了越来越高的要求，更为重要的是随着半成品的厚度增加，需要材料具有良好的热处理淬透性能。

现有的7050、7150、7055合金已经具有良好的强度和其他综合性能，尤其以7050-T74合金为代表，是当前航空领域使用的最为广泛的合金之一。但这些合金都存在热处理淬透性能中等甚至较差的问题，其淬透厚度一般不超过150mm，不适于大型航空主承力结构件的制造，限制了该系列合金在航空领域的进一步应用。造成上述问题的主要原因在于以上合金的化学成分组成窗口及主元素的配比不尽合理。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合用于大截面航空结构件制造的铝合金材料，是一种强度保持在较高水平，断裂韧性、耐蚀性能、电导率等明显提高，同时具有优越热处理淬透性能的高强度高韧性低淬火敏感性铝合金材料，无需采用特殊的热处理工艺，该合金与传统商用7050-T74合金强度和断裂韧性相当，抗应力腐蚀性能(电导率)提高10％，热处理淬透深度提高一倍。

本发明的另一个目的是提供一种制备适合用于大截面航空结构件制造的铝合金材料的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于大截面航空构件制造的新型高强度、高韧性、低淬火敏感性铝合金材料，其化学成分及含量(按重量百分比计)为：Zn7.4-8.4wt％，Mg1.4-2.2wt％，Cu1.1-1.7wt％，Zr0.18-0.3wt％，Fe小于0.10wt％，Si小于0.08wt％，余量为Al。本发明主要依据合金在淬透性和综合性能方面的要求对合金的化学成分组成窗口进行选择，合金内合金元素总量选择为10～12.6wt％，保证了合金具有较高的强度水平。考虑到提高可铸造成型性和断裂韧性的因素，降低了Mg元素的含量，Zn/Mg值选择3.5～6范围之内。Cu元素可提高合金的耐腐蚀性能，但含量过高会明显恶化合金大尺寸半成品的热处理淬透性能，因而在保证合金满足耐蚀性要求的前提下，Cu元素选择为中等偏低的水平，即1.1～1.7wt％。Mn和Cr元素的加入明显增加铸锭开裂倾向且恶化半成品的淬透性，不利于大截面构件的制造，应严格控制。Zr元素是替代Cr元素的最佳选择，在起到细化晶粒、阻碍再结晶作用的同时，可解决Cr元素明显降低半成品淬透性的问题，而且将Zr元素含量提高到0.18～0.3wt％，可起到补充强化的作用。另外，Fe和Si等杂质元素会显著恶化合金的断裂、疲劳、耐蚀性能，应该严格控制其含量在最低水平。

所述铝合金材料，其挤压件典型极限抗拉强度为σ_b＝580～650MPa。

所述铝合金材料，其屈服强度为σ_0.2＝530～600MPa。

所述铝合金材料，其延伸率δ₅＝11～18％。

所述铝合金材料，其电导率γ＝21～24MS/m。

所述铝合金材料，其耐剥落腐蚀等级达EA级。

所述铝合金材料，其断裂韧性为K_1c≥33Mpa·m^1/2。

所述铝合金材料，其热处理淬透深度比国外商用7050合金及国产7B04合金提高一倍以上。

本发明的一种适用于大截面航空制品制造的新型高强度高韧性铝合金材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)按合金成分，按重量百分比计，该合金成分为Zn7.4-8.4wt％，Mg1.4-2.2wt％，Cu1.1-1.7wt％，Zr0.18-0.3wt％，其余为Al，进行配料，其中，Zn、Mg、Cu、Zr、Al分别是选取纯锌、纯镁、铝铜中间合金或纯铜、镁锆中间合金、铝钴中间合金、纯铝作为原料；