專利名稱：：一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明公開了一種低淬火敏感性鋁合金，特別是指一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金；屬于有色金屬合金化
技術領域：
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背景技術：
：高強Al-Zn-Mg-Cu合金，具有密度低、比強度高和硬度、熱加工性能好以及耐腐蝕性能和斷裂韌性較好等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天領域，是該領域重要的結構材料之一。該系合金是時效可強化合金，其高強度高硬度主要通過固溶、淬火及時效獲得。合金淬火后得到的固溶體過飽和程度對時效強化效果具有決定性的作用，故造成合金的淬火敏感性問題[1_3]，即淬火速率減小導致合金力學性能下降。這個問題對于大尺寸構件尤為突出，因為其心部在常規(guī)冷卻條件下難以獲得足夠的冷卻速度。尤其對于一些大構件，為了降低淬火應力，經常采用沸水、空氣等淬火介質，以降低冷卻速率。這樣，對于常規(guī)鋁合金的大規(guī)格厚板及大構件，就更加難以得到良好的心部組織和力學性能，從而造成鋁合金大規(guī)格厚板及大構件的表層和心部性能的不均勻，以及整體性能下降[4_5]。而鋁合金大規(guī)格厚板及大構件是制造大型飛機必需的材料。因此，研究開發(fā)低淬火敏感性鋁合金具有重要的意義。目前的低淬火敏感性鋁合金是美國開發(fā)的7085鋁合金，該合金通過提高Zn/Mg比，以及采用&元素進行微合金化，可以使得鋁合金板材的淬透厚度達到400mm。由于飛機構件尺寸越大，所需板材厚度也越大，未來大飛機需要更大厚度的鋁合金厚板。因此，為了進一步降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金板材的淬透厚度，急需開發(fā)新的微合金化技術。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足而提供一種通過對鋁合金微合金化，有效降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金淬透性的含Ge的低淬火敏感性鋁合金。本發(fā)明一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金，由下述組分按重量百分比組成6.0-7.0%Zn；1.1-1.4%Mg；1.3-1.6%Cu；0.10-0.15%Zr；0.05-0.10%Ti0.05-0.5%Ge余量為A1，且各組分之和為100%。本發(fā)明中，所述Ge的純度大于等于99.99%。本發(fā)明由于采用上述配方，對鋁合金進行微量Ge元素的合金化處理，利用Ge元素與空位的結合能遠遠大于Zn、Mg、Cu等元素與空位的結合能的特性，在固溶淬火時，加入合金內部的Ge元素優(yōu)先與空位結合，阻止了在較低固溶淬火速率下合金中的Zn、Mg、Cu等溶質原子的擴散和粗大第二相的析出，有效提高鋁合金淬透性，降低鋁合金的淬火敏感性，為后續(xù)時效獲得彌散的強化相提供固溶充分的淬火組織。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果簡述于下1、加入微量Ge后，鋁合金TTP曲線的鼻尖時間由5秒推后到了30秒，降低了淬火敏感性。2、在固溶空冷淬火及120°C/24h時效處理后，加入微量Ge的鋁合金具有較高的拉伸強度。綜上所述，本發(fā)明通過加入微量Ge對鋁合金進行合金化，利用Ge與空位較高的結合能，阻止其他合金元素的擴散和粗大第二相的析出，從而降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金淬透性，提高低淬火速率下合金的溶質原子固溶的飽和度，以及時效處理后的力學性能。可有效提高大尺寸鋁合金構件的淬透深度，得到良好的心部組織和力學性能，為航空航天及其它領域的大規(guī)格厚板及大構件提供了一種低淬火敏感性的鋁合金結構材料。附圖1是未加Ge鋁合金的TTP曲線。附圖2是加入0.5%Ge鋁合金的TTP曲線。附圖3是加入0.5%Ge鋁合金在470/lh固溶后在275°C保溫300秒后淬火的各類合金元素的EDS面掃描圖。其中附圖3-1是Mg-Ge析出相的二次電子形貌像。附圖3-2是Cu元素的EDS面掃描圖。附圖3-3是Mg元素的EDS面掃描圖。附圖3-4是A1元素的EDS面掃描圖。附圖3-5是Zn元素的EDS面掃描圖。附圖3-6是Ge元素的EDS面掃描圖。附圖1、附圖2中的95%、90%和85%分別表示合金最高強度的95%、90%和85%。比較附圖1、2可知，加入0.5%Ge鋁合金的TTP曲線相對未加Ge的曲線，鼻尖時間推遲了30秒，降低了淬火敏感性。附圖3的結果表明除一部分Mg，Ge形成化合物外，其余元素都分布均勻。說明加入Ge有利于Zn，Mg,Cu固溶體的穩(wěn)定。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1合金成分6.0%Zn，l.l%Mg,1.6%Cu,0.13%Zr，0.08%Ti，0.5%Ge，余量為Al，所述Ge的純度大于等于99.99%，熔煉成錠坯。采用450°C/24h+455°C/24h進行均勻化處理后，熱軋成4mm厚的圓棒的板材，擠壓比為25。試樣經470°C/lh固溶后，測試的TTP曲線的鼻尖時間比未加Ge的合金推后了25秒，達到30秒。雖然在室溫水中淬火后時效的加Ge合金試樣強度低于未加Ge的合金，但在空氣中淬火時，加Ge合金試樣的抗拉強度比未加Ge合金提高lOMpa，屈服強度提高60Mpa。能譜分析表明，在鼻尖溫度(275°C)保溫30秒后，加Ge合金的析出相只有Mg_Ge化合物，而其他元素Zn、Cu及A1皆分布均勻。實施例2合金成分6.5%Zn，1.4%Mg，1.3%Cu，0.13%Zr,0.08%Ti,0.1%66，余量為八1，所述Ge的純度大于等于99.99%，熔煉成錠坯。采用450°C/24h+455°C/24h進行均勻化處理后，熱軋成4mm厚的的板材，擠壓比為25。試樣經470°C/lh固溶后，分別在室溫水中和空氣中進行淬火，并進行120°C/24h時效處理。拉伸性能測試表明，雖然在室溫水中淬火后時效的加Ge合金試樣強度低于未加Ge的合金，但在空氣中淬火時，加Ge合金試樣的抗拉強度比未加Ge合金提高lOMpa，屈服強度提高99Mpa。實施例3合金成分7.0%Zn,1.4%Mg,1.6%Cu，0.13%Zr,0.08%Ti，0.05%Ge，余量為Al，所述Ge的純度大于等于99.99%，熔煉成錠坯。采用450°C/24h+455°C/24h進行均勻化處理后，熱軋成4mm厚的的板材。試樣經470°C/lh固溶后，分別在室溫水中和空氣中進行淬火，并進行120°C/24h時效處理。拉伸性能測試表明，雖然在室溫水中淬火后時效的加Ge合金試樣強度低于未加Ge的合金，但在空氣中淬火時，加Ge合金試樣的抗拉強度比未加Ge的合金提高14Mpa，屈服強度提高60Mpa。對本實施例處理后的鋁合金的析出相進行EDS分析，結果如表1所示，結果表明，析出相為富Mg，Ge相。表1元素重量百分比(wt.%)原子百分比(At.%)Mg34.5960.53Al0.851.34Zr0.630.29Ag0.500.23Ti0.250.22Cu2.021.35Zn3.722.42Ge57.3533.61實施例1、2、3得到的鋁合金的性能參數(shù)見表2。表25<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>不含Ge的鋁合金按照實施例1、2、3的熱處理制度處理后的性能參數(shù)如表1表3A1-7.0%Zn-l.4%Mg-1.6%Cu-0.13%Zr-0.08%Ti<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>對比表2、表3可知，雖然在室溫水中淬火后時效的加Ge合金試樣強度低于未加Ge的合金，但在空氣中淬火時，加Ge合金試樣的抗拉強度、屈服強度均比未加Ge的合金高。權利要求一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金，由下述組分按重量百分比組成Zn6.0-7.0％，Mg1.1-1.4％，Cu1.3-1.6％，Zr0.1-0.15％，Ti0.05-0.1％，Ge0.05％-0.5％，余量為Al，且各組分之和為100％。2.根據(jù)權利要求1所述的一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金，其特征在于所述Ge的純度大于等于99.99%。全文摘要一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金，對鋁合金進行微量Ge元素的合金化處理，利用Ge元素與空位的結合能遠遠大于Zn、Mg、Cu等元素與空位的結合能的特性，在固溶淬火時，加入合金內部的Ge元素優(yōu)先與空位結合，阻止了在較低固溶淬火速率下合金中的Zn、Mg、Cu等溶質原子的擴散和粗大第二相的析出，有效提高鋁合金淬透性，降低鋁合金的淬火敏感性，為后續(xù)時效獲得彌散的強化相提供固溶充分的淬火組織。本發(fā)明可以有效降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金淬透性，提高低淬火速率下合金的溶質原子固溶的飽和度，以及時效處理后的力學性能。為航空航天及其它領域對大規(guī)格厚板及大構件的需求提供了一種可靠的鋁合金結構材料。文檔編號C22C21/10GK101824569SQ20101018579公開日2010年9月8日申請日期2010年5月28日優(yōu)先權日2010年5月28日發(fā)明者劉志義,呂青,林亮華申請人:中南大學