[发明专利]一种高韧性铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高韧性铝合金，其特征在于：该铝合金的质量百分比组成为Zn：5.0％～7.0％，Mg：1.8％～2.8％，Cu：1.4％～2.0％，Mn：0.2％～0.6％，Y：0.1％～1.2％，Cr：0.1％～0.25％，Fe≤0.5％，Si≤0.5％，Ti≤0.1％，余量为Al和不可避免的杂质。本发明在铝合金基础上添加了稀土元素Y，有利于增加晶粒的数量，使得铸态晶粒尺寸减小。Y元素化学活性强，容易与以上杂质相形成新相，其呈颗粒状，少量新相随熔渣排除，提高铝合金的纯净度，而残留的针状含Fe、含Si化合物含量降低，减少了材料的内部应力，在受力时裂纹扩展源减少，有利于铝合金韧性的提高。

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高韧性铝合金及其制备方法。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金具有密度小、强度高、韧性和耐腐蚀性能良好、加工性能及焊接性能优良等特点，是飞行器、车辆、工具等轻量化设计和综合性能提升的重要结构材料，广泛用于交通运输、电子、桥梁、装饰等行业，用途用量居有色金属材料之首。此外，由于铝合金在航空航天、船舶、核工业以及兵器工业都有着广阔的应用前景及不可替代的地位，因而高强度铝合金技术被列为国防科技关键技术以及重点发展的基础技术。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的抗拉强度普遍高于500MPa，其中7A04铝合金是Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中相当成熟、使用较久和较广的一个合金，具有强度高、热处理强化效果好、退火和新淬火状态下塑性中等等优点。

随着飞机、车辆等结构件的损伤容限设计技术的发展，对高强度铝合金材料的冲击韧性、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的要求不断提高，改善材料韧性的途径主要有两种：热处理技术和高纯化技术。

稀土元素具有很高的化学活性，可与Fe、Si等杂质元素形成化合物熔渣，将其从熔体中排除。王庆良人等对含0.19％Fe、0.11％Si的工业纯铝加入Ce、La等稀土元素进行细化处理，发现原始的工业纯铝中只含FeAl₃、Al₈Fe₂Si合金相，而加入Ce、La后生成了Ce₅Si₃、Ce₃Al₁₁、La₅Si₃以及La₃Al₁₁相，Al₈Fe₂Si合金相不再存在。高建卫等人在铝液中同时添加La和B，形成了稳定的LaB₆化合物，在铁含量约为0.8％时，该化合物能够固溶少量的杂质Fe原子，但是不能起到明显的除Fe效果；在低Fe含量(约0.1％)时，LaB6不能固溶Fe原子。此外，稀土元素还具有显著的强化作用，如添加Sc与Al结合形成初生和次生Al₃Sc第二相粒子，可细化晶粒、弥散强化和抑制再结晶。每添加0.1％Sc(ω(Sc)≤0.4％)，合金强度可提高约50MPa，强化作用大大超过了目前工业铝合金所用的传统合金元素。当合金中同时存在Zr时，Zr可以代替部分Sc原子，从而形成Al₃ScZr粒子。这种粒子的热稳定性比Al₃Sc和Al₃Zr粒子的热稳定性更高，改善铝合金性能的效果更明显。

以上研究基本上是针对铝合金强度的改善，而对于提高韧性的改善现有技术很少，而铝合金在添加稀土后，虽然一部分Fe、Si与稀土形成化合物作为熔渣排出，但铝合金中因Fe、Si杂质的存在，会在铝合金基体中形成大量的针状含Fe、含Si相，在力加载过程中，沿针状相会形成大量的裂纹源，降低材料的韧性，从而导致后续使用开裂。

因此，针对现有的铝合金韧性需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术现状提供一种保持高强度的同时韧性得到大幅度提高的高韧性铝合金。