[发明专利]一种600MPa级低淬火敏感性超高强铝合金及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及有色金属材料领域，特别涉及一种600MPa级低淬火敏感性超高强铝合金及其制备方法。

背景技术：

随着航空航天工业的发展，提高航空航天关键结构部件的整体性和可靠性，进一步减轻航空重量，对超厚截面(150mm以上)Al-Zn-Mg-Cu系铝合金锻件与预拉伸厚板提出了紧迫的要求，即要求新型超高强铝合金材料除了应具有的超高强度，还应具有较低的淬火敏感性以及良好的疲劳性能等综合性能。

目前，国外航空厚板用超高强铝合金牌号有AA7075、AA7X50、AA7085等铝合金，其中AA7085铝合金具有低淬火敏感性，综合性能优异的优势，因此具有较大的发展潜力。目前，AA7085已经成功应用在波音787飞机起落架支撑件和空客A380飞机的翼梁等重要承力部件。但是AA7085为了降低淬火敏感性，降低了强化相MgZn₂的相对数量，导致AA7085铝合金强度相对较低，因而降低了飞机的安全系数。

为提高飞机的使用寿命，增加飞机的安全系数，需要研制出低淬火性能并同时具有高强度的铝合金及其相应的制备工艺，提高飞机整体性能与服役可靠性，降低飞机的制造成本。

发明内容

一种600MPa级低淬火敏感性超高强铝合金，7.6～8.4wt％的Zn，1.5～1.9wt％的Mg，1.1～1.3wt％的Cu，0.10～0.20wt％的Zr，Fe的含量≤0.08wt％的Fe，Si的含量≤0.06wt％，Mn、Cr、Ti中任一种或几种，所述Mn、Cr、Ti每种元素的含量≤0.05wt％，且所述Mn、Cr、Ti总量≤0.15wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。

更进一步地，所述600MPa级低淬火敏感性超高强铝合金，Zn与Mg的重量百分比为3.2∶1～5∶1，Cu与Mg的重量百分比为0.5∶1～0.9∶1。

一种600MPa级低淬火敏感性超高强铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照Zn的重量百分比为7.6～8.4wt％，Mg的重量百分比为1.5～1.9wt％，Cu的重量百分比为1.1～1.3wt％，Zr的重量百分比为0.10～0.20wt％，Fe的重量百分比≤0.08wt％，Si的重量百分比≤0.06wt％，以及余量为A配比原料，在熔化炉中熔炼，熔炼温度为710～760℃；

(2)对完全熔化的金属进行精炼，精炼时金属温度维持在690～730℃，精炼后应进行充分静置，静置时间不低于25分钟；

(3)充分静置后开始浇铸，炉口温度维持在680～720℃的范围内；

(4)对合金铸坯进行三级均匀化，第一阶段在360～420℃下保温3～15h，第二阶段在420～450℃下保温15～35h，第三阶段在450～480℃下保温15～35h；

(5)对完成三级均匀化过程的铸坯进行温轧，开轧温度为250～320℃，总变形率90％以上，终轧温度控制在200℃以上；

(6)对完成温轧过程的铝合金板材，在温度范围为460～480℃进行固溶处理，固溶时间为1～4h，完成固溶处理后，对所述铝合金板材进行室温水淬；

(7)在完成室温淬后的4h以内，对所述铝合金板材进行1.5～3％变形量的预拉伸；

(8)对完成预拉伸过程的所述铝合金板材进行时效处理，选择下述时效处理之一：

①峰值时效处理：在100～170℃温度范围内加热10～64h；

②双级时效处理：第一级时效温度100～130℃，时效时间为4～20h，第二级时效温度为150～180℃，时效时间为4～20h；

最终得到600MPa级低淬火敏感性超高强铝合金。

本发明的有益效果是：

1)合理控制所述铝合金的Zn、Mg、Cu含量。Zn和Mg是7000系铝合金中主要的强化合金元素，可形成强化相MgZn₂，MgZn₂在铝合金中的含量越大，则其强化作用越大，铝合金的强度则越大。与传统AA7085相比，本发明提高了说述铝合金中的Zn，Mg含量，因此提高了本发明中所述合金的强度。在7000系铝合金中，Cu有一定的固溶强化作用，但Cu元素会影响铝合金的淬火敏感性，其原因是Cu会降低Zn和Mg在铝基体中的溶解度，并提高Zn和Mg过饱和度，在淬火过程形成富Cu原子团簇，诱导第二相析出。在本发明中，Cu含量在1.1～1.3wt％，比传统AA7085中Cu含量有所降低，因此对降低淬火敏感性有积极的作用。