專利名稱：一種高純、高強(qiáng)鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及對用于航空結(jié)構(gòu)件的鋁合金的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
。在航空用高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展中，提高其比強(qiáng)度，從而達(dá)到減輕飛機(jī)重量的目的是一個發(fā)展趨勢。而強(qiáng)度的提高主要決定因素之一是合金的化學(xué)成分，主要合金元素低，強(qiáng)度較低，韌性和耐蝕性以及鑄錠成形性好；主要合金元素高，則強(qiáng)度較高，韌性和耐蝕性降低，且隨著主要合金元素含量提高，鑄造成形性能下降。結(jié)合航空用結(jié)構(gòu)鋁合金的特點(diǎn)，對于韌性(特別是斷裂韌性)性能要求較高，這一點(diǎn)要求對合金雜質(zhì)含量(Fe、Si等)嚴(yán)格限制，即研制高純合金。目前的大部分高純鋁合金主元素Zn含量較低(＜7％Zn)，具有優(yōu)良的綜合性能，但強(qiáng)度不高。而有的在中等水平(7.5～8.5％)，滿足較高強(qiáng)度的要求。但兼顧高強(qiáng)、高韌、耐蝕和鑄造成形性綜合性能的合金還未見到。下面表1給出兩個類似合金的成分。表中“-”表示不含有該元素。

表1兩種類似合金的成分表表1中對比合金Zn的上限不高，導(dǎo)致含量不足，影響合金強(qiáng)度的提高；而對比合金1中Zn的下限過低，導(dǎo)致合金強(qiáng)度不足；對比合金2中Zn的下限過高，不利于合金的鑄造成型。總之，對比合金的綜合性能不能滿足使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的是研究一種合金成分較寬的新型鋁合金，在同時(shí)保證大、中、小規(guī)格的結(jié)構(gòu)件鑄錠成型的條件下，具有高強(qiáng)、高韌和耐腐蝕綜合性能，滿足飛機(jī)制造業(yè)選材要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于航空結(jié)構(gòu)件的高純、高強(qiáng)鋁合金，其特征在于，其化學(xué)成分及含量為(7～9)％Zn，(1.7～3.0)％Mg，(1.5～2.6)％Cu，(0.1～0.25)％Zr，Cr小于0.1％，Ti小于0.06％，F(xiàn)e小于0.15％，Si小于0.12％，余量為Al。
本發(fā)明在選擇合金成分及含量時(shí)有如下考慮，高強(qiáng)鋁合金在確定合金成分范圍時(shí)依據(jù)合金性能要求對主要成分Zn、Mg、Cu元素進(jìn)行選擇，Zn、Mg是構(gòu)成合金強(qiáng)化相MgZn2的重要元素，Cu素起加速時(shí)效作用，同時(shí)提高耐腐蝕性?？紤]高強(qiáng)合金減小鑄錠開裂因素，需Mg＞Cu，因此Mg元素整體含量要求大于Cu。
Mg和Cu根據(jù)所需比例，Mg為1.7～3.0％、Cu為1.5～2.6％比較適合，即滿足強(qiáng)度和耐蝕性要求，又保證鑄錠成形所必須的要求。Mn元素是在Al-Zn-Mg-Cu系合金中進(jìn)一步起強(qiáng)化效果，而高強(qiáng)合金強(qiáng)度已解決，更重要是解決鑄錠成形問題，Mn元素的加入明顯增加鑄錠開裂傾向，且降低半成品的淬透性，不利于航空業(yè)的厚大結(jié)構(gòu)件，因此對其要嚴(yán)格限制。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、具有高的強(qiáng)度，其屈服強(qiáng)度比7A04T6和7A09T6合金高10～20％，擠壓件典型屈服強(qiáng)度達(dá)到709MPa。原因在于Zn、Mg主元素含量較高，有利于提高強(qiáng)化相MgZn2的濃度。
2、具有良好的抗腐蝕性能，耐剝落腐蝕等級控制在EB級范圍內(nèi)。主要通過采用特殊的三級時(shí)效處理，在第二級高溫短時(shí)時(shí)效中，調(diào)整了晶界沉淀相的分布和尺寸，減小了晶界與晶內(nèi)的電位差，使腐蝕行為不易在晶界發(fā)生，解決了高合金元素合金耐蝕性差的弊病。
3、具有較好的斷裂韌性，是由于嚴(yán)格控制了Fe、Si雜質(zhì)含量，使影響斷裂韌性性能的Fe、Si雜質(zhì)相較少。
4、合金成分范圍寬，對于中、小規(guī)格的結(jié)構(gòu)件，由于可鑄造成形性好，選用合金成分的中、上限，使具有高強(qiáng)、高韌和耐蝕性能；對于大規(guī)格的結(jié)構(gòu)件，由于鑄造成形難度很大，則采用合金成分的下限，既解決鑄錠成形問題，同時(shí)能保證高強(qiáng)、高韌和耐蝕性能。
具體實(shí)施例方式
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本發(fā)明合金的成分及含量見表2。

表2本發(fā)明合金成分及含量表。
本發(fā)明合金針對已有合金的缺欠調(diào)整成分，適當(dāng)擴(kuò)大主要合金成分范圍，對于中、小規(guī)格的結(jié)構(gòu)件，由于可鑄造成形性好，選用合金成分的中、上限，使其具有高強(qiáng)、高韌和耐蝕性能；對于大規(guī)格的結(jié)構(gòu)件，由于鑄造成形難度很大，則采用合金成分的下限，既解決鑄錠成形問題，同時(shí)能保證高強(qiáng)、高韌和耐蝕性能。
本發(fā)明合金的熔鑄工藝可以按照《(輕金屬材料加工手冊》(冶金工業(yè)出版社)公開的工藝步驟進(jìn)行，下面簡要加以敘述。鋁合金的熔鑄成形主要由熔煉和鑄造兩部分組成。熔煉工藝包括裝爐→熔化(加鋅等)→扒渣→加鎂→攪拌→取樣→(調(diào)整成分)→(攪拌)→精煉→扒渣→(轉(zhuǎn)爐)→精煉及靜置。裝爐是指將配制好的原鋁錠裝入熔化爐中，對于高純鋁合金采用高純鋁錠，較少或不采用回爐料，保證合金的純潔度。熔化是鋁錠的整個加熱過程，待鋁錠熔化后，陸續(xù)加入純鋅、純銅(或鋁銅中間合金)、鋁鋯中間合金、鋁鈦中間合金(晶粒細(xì)化劑)。扒去表面浮渣后，待熔體溫度達(dá)到720～740℃時(shí)，加入純鎂(鎂易燒損，不能在合金熔化時(shí)加入，盡量減少其在熔體中混合的時(shí)間)。為了使加入的合金元素均勻混合，需對熔體進(jìn)行攪拌，對均勻后熔體取化學(xué)分析試樣，看是否滿足配制成分要求，如需調(diào)整成分，還需再進(jìn)行充分的攪拌，保證熔體均勻。精煉是采用精煉劑使熔體在反應(yīng)過程中，去除熔體內(nèi)部的氣體、氧化膜及非金屬夾雜物，使熔體達(dá)到凈化，精煉溫度一般控制在720～750℃。隨后扒去表面的浮渣，進(jìn)行靜置。具備靜置爐條件的，可采用轉(zhuǎn)爐靜置，但轉(zhuǎn)爐后須再進(jìn)行精煉。至此，整個熔煉過程完畢，等待鑄造。鑄造是鑄錠成形的關(guān)鍵過程，為保證鑄錠最終成形，需控制幾個關(guān)鍵工藝參數(shù)冷卻速度、鑄造速度、鑄造溫度、結(jié)晶槽高度。冷卻速度取決于冷卻水的提供，冷卻速度小，會造成鑄錠周圍局部供水不足，使鑄錠各部分收縮不同步，將由于熱應(yīng)力增大而引起鑄錠裂紋；冷卻速度過大，又會造成鑄錠表面冷隔傾向增大。鑄造速度是指鑄錠相對結(jié)晶槽的拉出速度，鑄造速度過大，一方面造成結(jié)晶補(bǔ)縮條件惡化，使鑄錠的組織和成分的不均勻性及疏松程度增加，造成機(jī)械性能有所下降；另一方面會造成鑄錠中心裂紋傾向增大。鑄造溫度通常指鑄造前靜置爐中金屬熔體的溫度，鑄造溫度過大，產(chǎn)生柱狀晶組織的傾向增大，也使裂紋傾向增大；鑄造溫度過低，將使鑄錠表面冷隔形成并增大其深度，嚴(yán)重影響鑄錠表面質(zhì)量。
實(shí)施例1。合金配制方案為8.96％Zn、2.47Mg、1.89Cu、0.17Zr，該配方的特點(diǎn)是Mg＞Cu，有助于鑄錠成形。原材料采用高純鋁、純鋅、純鎂、鋁銅中間合金、鋁鋯中間合金、鋁鈦中間合金。熔化爐為電阻加熱熔化爐，鑄造機(jī)為立式半連續(xù)機(jī)械式鑄造機(jī)。熔鑄工序?yàn)檠b爐(高純鋁)→熔化(加鋅、鋁鋯中間合金、鋁銅中間合金、鋁鈦中間合金)→扒渣→加鎂(730℃)→攪拌→取樣→調(diào)整成分→攪拌→精煉(725℃)→扒渣→靜置→鑄造。具體工藝參數(shù)如表3所示。

表3鑄造工藝參數(shù)表實(shí)施例2～13的成分及含量列于表3，其熔鑄工藝與實(shí)施例1相同。


表4實(shí)施例2～13的成分及含量表4中實(shí)施例2～5中，主要成分含量較低，強(qiáng)度韌性和耐蝕性均滿足要求條件下，具有較好的鑄造成形性，適合于大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。而實(shí)施例6～13，鑄造成形性較差，一般適合于中、小規(guī)格結(jié)構(gòu)件，在其他性能相當(dāng)?shù)那闆r下，隨著主要成分含量提高，強(qiáng)度提高。
權(quán)利要求
1.一種用于航空結(jié)構(gòu)件的高純、高強(qiáng)鋁合金，其特征在于，其化學(xué)成分及含量為(7～9)％Zn，(1.7～3.0)％Mg，(1.5～2.6)％Cu，(0.1～0.25)％Zr，Cr小于0.1％，Ti小于0.06％，F(xiàn)e小于0.15％，Si小于0.12％，余量為Al。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及對用于航空結(jié)構(gòu)件的鋁合金的改進(jìn)。本發(fā)明鋁合金，其特征在于，其化學(xué)成分及含量為(7～9)％Zn，(1.7～3.0)％Mg，(1.5～2.6)％Cu，(0.1～0.25)％Zr，Cr小于0.1％，Ti小于0.06％，F(xiàn)e小于0.15％，Si小于0.12％，余量為Al。本發(fā)明具有高的強(qiáng)度，良好的抗腐蝕性能和耐剝落腐蝕性能，較好的斷裂韌性，良好的可鑄造成型性。
文檔編號C22C21/10GK1442501SQ02104298
公開日2003年9月17日 申請日期2002年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月5日
發(fā)明者汝繼剛, 伊林娜 申請人:北京航空材料研究院