[发明专利]一种高性能Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce-Ti合金及其制备工艺

说明书

本专利公开了一种高性能Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr‑Ce‑Ti合金及其制备工艺，在基础合金成分基础上添加微量Ce和Ti，且制备工艺结合双级均匀化退火及双级固溶处理等特征工艺，使本发明合金铝、锌、镁、铜、锆、铈（AlZnMgCuZrCeTi）合金比基础合金（AlZnMgCuZr）的断裂韧性值提高20%以上。

技术领域

本发明涉及合金生产制备方法，具体是一种高性能Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce-Ti合金及其制备工艺。

背景技术

7000系Al-Zn-Mg-Cu超硬系列铝合金是可热处理强化型合金，具有密度小、强度高、加工性能好等优点,广泛应用于航空航天民用工业,是航空 航天的主要结构材料之一,同时在交通运输和其他工业部也得到广泛应用。随着航空航天工业的发展人们逐渐认识到断裂韧性己成为限制高强铝合金得到进一步应用的瓶颈。随着线弹性和断裂韧性力学的发展以及破损安全设计原则在实际工作中的应用,人们对结构材料特别是高强铝合金断裂韧性的重要性的认识更加清楚，如何进一步提高7000系Al-Zn-Mg-Cu合金的断裂韧性成为铝合金研究工作者共同追求的目标。

发明内容

本专利发明是设计一种高性能Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce-Ti合金及其制备工艺，在基础合金成分基础上添加微量Ce和Ti，且制备工艺结合双级均匀化退火及双级固溶处理等特征工艺，使发明合金比7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr基础合金的断裂韧性（K_1C）显著提高，K_1C值提高20%以上。发明的主要内容为：

一种高性能Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce-Ti合金，其特征在于，按重量百分比所述合金由以下组分组成：锌5.4-6.5%，镁1.7-2.7%，铜1.5-2.5%，锆0.07-0.15%，铈0.05-0.18%，钛0.08-0.16%，其它杂质总含量不超过0.1 %, 且单个杂质成分含量不超过0.05%，其余为Al。

进一步地，所述杂质为铁、硅、锰、镱中的一种或几种。

一种高性能Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ce-Ti合金制备工艺，其特征在于，合金制备工艺包括以下流程：配料、熔炼浇铸、均匀化处理、热轧、冷轧、双级固溶处理、淬火、时效处理，具体操作步骤如下:

1）配料: 所用原材料为：高纯铝（99.95%）,工业纯镁(99.99%),铝铜中间合金(铝—铜含量占比50%，杂质总含量低于0.12%)，铝铈中间合金（铝—铈含量占比10%），铝锆中间合金（铝—锆含量占比3%）；

2）熔炼浇铸:以石墨坩埚或高纯氧化镁砖涂粘土石墨涂料做炉膛内衬材料熔炼合金，熔炼过程一直加覆盖剂，加料顺序为：工业高纯铝--铝铜中间合金--铝锆中间合金--铝铈中间合金，待完全熔化后进行浇铸，用六氯乙烷或氩气进行第一次出气后，再加入工业纯镁，完全熔化后用六氯乙烷或氩气进行第二次出气；

3）均匀化处理：将步骤2生产的铸锭在盐浴炉或氩气保护炉中进行均匀化处理，具体工艺为：先将注定在420℃保温14-16小时，再将其加热至465℃保温15-16小时；

4）热轧预热、冷轧前退火：具体操作可在空气电阻炉中进行，其中，热轧预热温度为430℃ ~440℃保温3-4小时，冷轧前退火温度为420℃ ~430℃保温2-3小时；

5）固溶处理：具体操作在盐浴炉或氩气保护炉中进行，双级固溶处理工艺为280℃/2h+475℃/1h，并在室温水中淬火；

6）时效处理：在两小时内将淬火后的合金材料进行时效处理，时效处理在一般恒温电阻炉中进行，工艺为：120℃ /20~26h。

进一步地，所述步骤2中的覆盖剂由氯化钠、氯化钾及六氟合铝酸钠构成，其按质量比为氯化钠：氯化钾：六氟合铝酸钠=4：4：2。