[发明专利]一种低密度Al-Zn-Mg合金

说明书

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，涉及一种低密度铝合金材料，更具体的是一种低密度Al-Zn-Mg合金材料及其制备方法。

背景技术

为实现节能减重增效的目的，航空业对于新型轻质材料的需求量迅速增长。铝合金材料作为大型航空件的结构材料，在降低航空构件的质量中有着至关重要的作用。目前，国外已开发出低密度的铝锂合金来替代常规的2024、2124和7075等铝合金材料应用于飞机蒙皮和壁板。

但是，铝锂合金的成本较高，且合金熔炼工艺复杂，产生的返回料、边角料没有重熔和其他利用方法，不利于回收循环。因此，有必要开发一种新型的低成本低密度材料来替代常规的铝合金材料。常规航空用7XXX系Al-Zn-Mg合金材料主要用于飞机机体的主承力结构，其密度通常大于2.80g·cm-3（如7050合金：2.83g·cm-3；7075合金：2.81g·cm-3；7055合金：2.86g·cm-3；7049合金：2.84g·cm-3），与低密度铝锂合金（2196合金：2.63g·cm-3；1469合金：2.67 g·cm-3）相比，其密度仍有较大的降低空间，至今国内外尚未对7XXX系Al-Zn-Mg合金的低密度替代材料进行开发。

常规7XXX系Al-Zn-Mg合金在航空构件中得到广泛应用的主要原因在于具有极高的强度，可通过Mg和Zn形成强化效果显著的MgZn2相，且Zn含量大于Mg含量。常规7XXX系Al-Zn-Mg合金的强度可通过提高合金中的Mg、Zn含量而得以提高，但是其抗应力腐蚀断裂和抗剥落腐蚀的能力会随之下降。采用优化合金成分和热处理工艺的方法，目前航空用7XXX系Al-Zn-Mg合金已获得了良好的综合性能。因此，开发出与常规7XXX系Al-Zn-Mg合金性能相当的低密度Al-Zn-Mg合金替代材料将具有广阔的应用前景。

下面说明现有技术文献中所公开的一些低密度Al-Zn-Mg合金。

美国专利3993476提出一种用于铸造件的Al-Zn-Mg合金，相对于该专利发明之前的Al-Zn-Mg合金而言，提高了Mg含量，降低了Zn含量。该合金具有良好的机械强度，无热裂纹形成且铸造性能获得了提高，合金成分（wt.%）如下：

Mg 3.0-5.5，

Zn 2.0-6.0，

Cu 0.5-1.5，

Cr 0.05-0.5，

Ti 0.05-0.5，

任选 Sb 0.05-0.3，

Ce 0.05-0.2，

Zr 0.05-0.3 中的至少两种，

余量为铝和不可避免的杂质。

实施例中，该合金经过铸造并热处理后，抗拉强度达到43.4Kg/mm2时，延伸率为13%。

美国专利4874578提出了一种用作超塑性成形材料的Al-Zn-Mg合金，该合金成分（wt.%）包含：

Mg 3.5-6.0，

Zn 0-6.0，

Cu 0-3.0，

Mn 0.1-0.6，

Cr 0-0.05，

Ti 0-0.05，

Zr 0.05-0.5，

Si 0-0.3，

Fe 0.8-2.5，

余量为铝和不可避免的杂质。

该合金可以制备成超塑性成形薄板，且不需要进行单独的形变预热处理。

上述两项专利均未指出它们具有低密度的特点，也未将其合金性能与常规7XXX系Al-Zn-Mg合金作对比并突出其可以作为7XXX系Al-Zn-Mg合金替代材料用于航空构件的优点。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种低密度Al-Zn-Mg合金，其用于航空结构材料时，同常规航空用7XXX系Al-Zn-Mg合金材料相比，具有更低的密度，小于2.75g·cm-3，实现轻量化的目标；本发明的另一目的是提供力学性能与常规7XXX系Al-Zn-Mg合金相当的低密度Al-Zn-Mg合金。

依据本发明，提供一种低密度Al-Zn-Mg合金，其密度的降低是在常规7XXX系Al-Zn-Mg合金的基础上通过提高Mg含量、降低Zn含量来实现的，该合金各组分及其质量百分比（wt.%）为：

Mg 2.0-8.0，

Zn 2.0-6.0（Mg/Zn≥1.0），

Cu 0-2.0，

任选 Mn 0-0.25，

Cr 0-0.25，

Ti 0-0.25，

Zr 0-0.25，