[发明专利]高损伤容限型超高强铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种高损伤容限型超高强铝合金，属于有色金属技术领域。

背景技术

超高强铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点，是航空航天领域重要的结构材料。随着航空航天工业的发展，对飞机结构材料的要求已不是最初仅仅追求高的静强度或高的抗腐蚀性能的阶段，已经发展到迫切需要开发出综合性能优异的新型超高强铝合金材料的阶段，即要求新型超高强铝合金材料除了应具有较高的强度，还应具有较好的断裂韧性、较好的抗腐蚀性能以及良好的疲劳性能，即应同时具有较高的强度、较高的损伤容限。

目前，国外航空用超高强铝合金较先进的牌号有AA7150、AA7449、AA 7085、AA7055等铝合金。AA7150、AA7449、AA7055等铝合金虽然其强度较高，抗腐蚀性能较好，但其断裂韧性较低，因而影响了飞机的使用寿命。AA 7085铝合金虽然其断裂韧性较高，抗腐蚀性能较好，但是其强度相对较低，因而也降低了飞机的安全系数。其原因是：(1)合金中的Zn、Mg等元素含量较低，主要强化相MgZn₂形成的数量较少，因而合金的强度较低；(2)合金中的Cu、Mg等元素含量较高，容易形成熔点较高、在固溶过程中难以溶解的粗大的S(Al₂CuMg)相，因此合金的损伤容限性能较低，特别是断裂韧性较低。

为了提高飞机的使用寿命，增加飞机的安全系数，需要研制出比以上合金综合性能更加优异的超高强铝合金，使其具有较高强度的同时，具有较高的损伤容限。确保飞机在恶劣的工作环境下长时间安全可靠地工作，从而降低飞机的制造成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高损伤容限型超高强铝合金。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

高损伤容限型超高强铝合金，特点在于成分的重量百分比为：Zn：8.5～10.0wt％，Mg：1.0～2.5wt％，Cu：1.0～2.0wt％，Zr：0.06～0.20wt％，Ti：0.02～0.05wt％，Fe：≤0.08wt％，Si：≤0.06wt％，且(Si+0.02)≤Fe，其余组分为Al和不可避免的杂质。

进一步地，上述的高损伤容限型超高强铝合金，所述铝合金还含有微量元素Mn、V、Sc、Ag中的一种或几种，其中微量元素单个含量≤0.05wt％，总含量≤0.15wt％。

更进一步地，上述的高损伤容限型超高强铝合金，Zn与Mg的重量百分比为4∶1～6∶1，Cu与Mg的重量百分比为0.5∶1～1∶1。

再进一步地，上述的高损伤容限型超高强铝合金，所述铝合金L向抗拉强度580MPa以上，L向屈服强度560MPa以上，L向压缩屈服强度580MPa以上，L向延伸率11％以上，抗剥落腐蚀性能E_B级以上，S-T向抗应力腐蚀性能140MPa以上，L-T向断裂韧度30MPam^1/2以上，L-T向缺口条件(f＝25HZ，Kt＝2.3，R＝0.1，N＝3×10⁶)疲劳极限170MPa以上。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①本发明技术方案合理控制合金中Zn、Mg、Cu含量，Zn/Mg值，Cu/Mg值，以及Fe、Si杂质的含量，使合金组织中高熔点、难溶第二相相比于AA7150、AA7055等铝合金大大减少，因此，合金具有较高强度的同时，具有较高的断裂韧性、较好的抗腐蚀性能、较好的疲劳性能等损伤容限性能；

②时效态的该合金，其L向抗拉强度580MPa以上，L向屈服强度560MPa以上，L向压缩屈服强度580MPa以上，L向延伸率11％以上，抗剥落腐蚀性能E_B级以上，S-T向抗应力腐蚀性能140MPa以上，L-T向断裂韧度30MPam^1/2以上，L-T向缺口条件(f＝25HZ，Kt＝2.3，R＝0.1，N＝3×10⁶)疲劳极限170MPa以上；

③该合金具有较高的强度，同时具有较好的抗腐蚀性能、较高的断裂韧性及较好的疲劳性能，即具有高强、高损伤容限，适合应用于长期暴露在大气环境中的飞机部件。

具体实施方式

研制一种高损伤容限型超高强铝合金，以解决目前航空用超高强铝合金在综合性能方面，特别是在损伤容限性能方面的不足。