[发明专利]一种民机用大规格7系铝合金铸锭及其制备方法

说明书

一种民机用大规格7系铝合金铸锭及其制备方法，属于铝合金制造领域，铝合金铸锭中各物质的质量百分比为：Si含量低于0.08%，Fe含量低于0.10%，Cu含量2.1%‑2.4%，Mg含量2.0%‑2.2%，Mn含量低于0.05%，Cr含量低于0.02%，Zn含量7.8%‑8.2%，其它杂质元素含量低于0.15%，余量为Al。本发明采用三级除气五级除渣熔体纯净化技术、细化剂精准添加高效利用技术、铸造温度精准控制技术，解决了熔体纯净化、晶粒粗化、成分偏析及铸造开裂等一系列技术问题，全面提升了大规格7系铸锭的各项质量指标，生产出满足民机用机翼下长桁生产和装机需求的大规格高品质7系铝合金铸锭，填补了国内空白。

技术领域

本发明属于民机用铝合金制备领域，具体涉及一种民机用大规格7系铝合金铸锭及其制备方法。

背景技术

航空制造业水平是国家实力的重要标志，自1970年我国启动首架大型民用飞机研制项目以来，我国航空制造业取得了明显进步，特别是近十余年来，随着我国经济和民航工业的快速发展，航空运输产业展现出了巨大的市场需求，研制具有自主知识产权的商用飞机作为国家目标之一被提上日程，相继启动了ARJ21新支线飞机和大型客机C919研制项目，ARJ21飞机于2016年正式投入航线运营，我国自主研制的大型喷气式客机C919也于2017年5月5日在上海浦东国际机场实现完美首飞，表明我们国家航空制造业又向前迈进了一大步。在未来20年，全球商用飞机交付量将达4万多架，总价值将达6万亿美元，其中我国新机交付量将达9000多架，占全球的22％。中国的民机之路将迎来快速发展期和广阔的市场良机。

航空用关键材料与构件是飞机制造中的关键之一，但我国民机制造业在相关构件材料研发上仍相对落后，民机用航空铝合金材料绝大多数需要进口，而技术含量更高的航空铝合金型材则完全依赖进口。民机的机翼上长桁，一般选用具有高强高韧、高耐蚀、高损伤容限与高疲劳寿命的7系超高强铝合金型材制造，常用牌号及状态包括有：7055-T76511、7150-T6511等。其中7055铝合金是美国铝业公司研发的一种超高强7系铝合金，具有高强度、高断裂韧性、良好耐蚀性等诸多优点，被广泛应用于制造机翼上长桁、机翼翼肋、机身纵梁等关键结构件，在Boeing 777与A380客机上都被大量应用，被业界称为“王牌合金”，也被C919选做机翼上长桁的制造材料，但目前仍依赖进口。

7系铝合金是一种可热处理强化的铝合金，通常包括Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu两个系列，典型的合金牌号包括7050、7150、7075、7055等。Al-Zn-Mg-Cu铝合金具有高强度、高损伤容限、高耐蚀性、高疲劳寿命等优点，被广泛应用于航空航天领域。

7系航空铝合金的合金含量较高，总合金含量普遍超过10％，在铸造过程中存在很高的偏析倾向，且凝固时热应力非常大，容易产生热裂纹，对整个熔铸装置和工艺提出了非常高的要求。用于民机机翼长桁生产的7系铸锭，直径可达600～700mm，为了保证结构件满足高强高韧、高损伤容限、高疲劳寿命等性能指标，既要大幅降低Fe、Si元素含量，还要严格控制成分偏析、氢含量与渣含量及晶粒尺寸。生产大断面型材对铸锭大直径的要求，会增大液穴深度，显著提高了成分偏析和晶粒尺寸的控制难度，增大了铸锭铸造开裂的风险。Fe、Si元素含量的降低，既容易造成铸锭晶粒粗化，又会进一步提高铸造成型难度。铸锭氢含量和渣含量的控制也一直是铝合金熔铸的难题。现有技术都是针对铸锭的一项或几项指标进行性能改进，未针对民机用大规格高品质圆铸锭进行设备配置的系统设计和工艺过程的系统优化，也未能实现铸锭性能的全面提升。

目前，针对7系铝合金铸锭的制备，部分企业和科研院校作出了相应的技术改进。西南铝业有限责任公司于2014年在CN 104532043 A中公开了一种7系铝合金铸锭的制备方法。通过采用纯铝熔体铺底、铸造工艺优化等手段，显著提高了铸造成型率，成型率达到85％以上，但采用纯铝熔体铺底会明显降低生产效率和成品率。通过除气工艺优化，氢含量可达0.15ml/100gAl以下，仍不能满足民机结构件生产的使用要求。