本發(fā)明屬于有色金屬材料領(lǐng)域，涉及一種超高強(qiáng)鋁合金材料，尤其是一種Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金及其制備工藝。
背景技術(shù)：
：Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金具有高的比強(qiáng)度和硬度、較好的耐腐蝕性能和較高的韌性、優(yōu)良的加工性能及焊接性能，廣泛應(yīng)用于航空和航天領(lǐng)域，并成為該領(lǐng)域中重要的結(jié)構(gòu)材料之一。美鋁公司(Alcoa)1991年研制成功了號(hào)稱(chēng)“王牌鋁合金”的7055合金，已經(jīng)用于制造波音777上翼蒙皮、龍骨架和空客A380上翼蒙皮。最近十年來(lái)，歐美國(guó)家陸續(xù)研發(fā)了抗拉強(qiáng)度超過(guò)650MPa的Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金，如7168、7136和7056等，其中7056-T7951合金將替代7449鋁合金，用于制造A380-800F飛機(jī)上翼面板。然而，航空航天、交通運(yùn)輸和兵器工業(yè)等技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金的性能和成本提出了更高的要求。因此，有必要開(kāi)發(fā)性能更高(800MPa)的、成本更低的Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金。本發(fā)明是一種800MPa級(jí)且成本相對(duì)較低的Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種800MPa級(jí)超高強(qiáng)鋁合金及其制備方法，其抗拉強(qiáng)度達(dá)800MPa，而且成本相對(duì)較低。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種800MPa級(jí)超高強(qiáng)鋁合金，各組份及其質(zhì)量百分比為：Zn含量為9-11％，Mg含量為2.7-3.4％，Cu含量為2.0-2.6％，Ce含量為0.10-0.25％，Er含量0.05-0.15％，Zr含量為0.10-0.20％，雜質(zhì)元素Si含量≤0.1％，F(xiàn)e含量≤0.15％，其它雜質(zhì)元素總的含量≤0.15％，余量為Al。一種800MPa級(jí)超高強(qiáng)鋁合金，其特征在于，Zn與Mg的重量百分比為3∶1～5∶1，Cu與Mg的重量百分比為0.6∶1～1∶1。一種800MPa級(jí)超高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其包括以下步驟：(1)按照配比進(jìn)行配料，準(zhǔn)備熔煉；(2)真空氣氛保護(hù)熔煉爐抽真空，通入氦氣氣氛，當(dāng)溫度達(dá)到730℃時(shí)，先后加入Al、Zn、Mg及Al-Cu中間合金；(3)溫度升至750℃時(shí)，加入Al-2.46％Er、Al-30％Ce、Mg-31％Zr中間合金，充分熔化；(4)對(duì)完全熔化的金屬液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在740℃的范圍內(nèi)，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間不低于25分鐘；(5)當(dāng)溫度降至720℃，充分靜置后將合金溶液澆入預(yù)熱420℃金屬模具內(nèi)，即可獲得合金鑄錠。(6)對(duì)合金鑄坯進(jìn)行三級(jí)均勻化，第一階段在320～380℃下保溫3～15h，第二階段在400～450℃下保溫15～35h，第三階段在450～480℃下保溫15～35h；(7)對(duì)均勻化后的合金進(jìn)行擠壓變形處理，擠壓溫度為430℃，變形系數(shù)為9；(8)對(duì)擠壓后合金在460～480℃進(jìn)行固溶，固溶時(shí)間1～4h，室溫水淬；(9)對(duì)固溶淬火后的板材立即進(jìn)行時(shí)效處理。其中，步驟(9)中時(shí)效處理采用峰值時(shí)效熱處理工藝為：在100℃～160℃加熱10～64小時(shí)。其中，步驟(9)中時(shí)效處理采用雙極時(shí)效熱處理工藝為：第一級(jí)時(shí)效溫度100～140℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h，第二級(jí)時(shí)效溫度為150～180℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h。其中，步驟(9)中時(shí)效處理采用三級(jí)時(shí)效熱處理工藝為：第一級(jí)時(shí)效溫度100～130℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h，第二級(jí)時(shí)效溫度為150～180℃，時(shí)效時(shí)間為0.5～2h，第三級(jí)時(shí)效溫度100～130℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h。其中，中間合金為99.98％鋁，99.94％鋅，99.9％鎂，Al-48％Cu、Al-2.46％Er、Al-30％Ce、Mg-31％Zr中間合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明合理提高合金中Zn與Mg元素含量，優(yōu)化Zn/Mg值，Cu/Mg值，顯著提高合金有效強(qiáng)化相含量，進(jìn)而提高合金的強(qiáng)度；優(yōu)化Zn/Mg值，Cu/Mg值，顯著降低合金S相，嚴(yán)格控制合金中Fe、Si元素含量，降低合金中粗大第二相，從而提高合金的斷裂韌性；充分利用Ce、Er、Zr元素復(fù)合細(xì)化作用，純凈合金熔體的質(zhì)量及細(xì)化的鑄態(tài)組織，提高合金強(qiáng)度與斷裂韌性。采用多級(jí)均勻化熱處理工藝，使合金含Ce、Er及Zr的第二相顆粒在組織中均勻彌散析出，在熱擠壓及固溶過(guò)程中最大程度地阻礙再結(jié)晶的作用，進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度與斷裂韌性；利用Ce、Er替代Sc元素，獲得高強(qiáng)高韌等綜合性能，同時(shí)降低了合金制備成本。上述合金成分設(shè)計(jì)與制備工藝的實(shí)施，保證了本合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能。具體實(shí)施方式以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。表1給出了本發(fā)明所提出的新型超高強(qiáng)鋁合金化學(xué)成分及重量百分比實(shí)施例。表1：新型超高強(qiáng)鋁合金化學(xué)成分及重量百分比表1鑄錠號(hào)ZnMgCuErCeZrFeSiAl56#10.202.852.140.110.120.12<0.15<0.10余量57#10.792.742.250.120.140.10<0.15<0.10余量59#9.63.152.320.110.110.11<0.15<0.10余量62#9.52.902.700.110.120.12<0.15<0.10余量65#9.82.762.200.120.110.12<0.15<0.10余量該合金的制備工藝的步驟是：(1)按照配比進(jìn)行配料，準(zhǔn)備熔煉；(2)真空氣氛保護(hù)熔煉爐抽真空，通入氦氣氣氛，當(dāng)溫度達(dá)到730℃時(shí)，先后加入Al、Zn、Mg及Al-Cu中間合金；(3)溫度升至750℃時(shí)，加入Al-2.46％Er、Al-30％Ce、Mg-31％Zr中間合金，充分熔化；(4)對(duì)完全熔化的金屬液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在740℃的范圍內(nèi)，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間不低于25分鐘；(5)當(dāng)溫度降至720℃，充分靜置后將合金溶液澆入預(yù)熱420℃金屬模具內(nèi)，即可獲得合金鑄錠。(6)對(duì)合金鑄坯進(jìn)行三級(jí)均勻化，第一階段在320～380℃下保溫3～15h，第二階段在400～450℃下保溫15～35h，第三階段在450～480℃下保溫15～35h；(7)對(duì)均勻化后的合金進(jìn)行擠壓變形處理，擠壓溫度為430℃，變形系數(shù)為9；(8)對(duì)擠壓后后的合金在460～480℃進(jìn)行固溶，固溶時(shí)間1～4h，室溫水淬；9)對(duì)固溶淬火后的合金立即進(jìn)行時(shí)效處理；步驟(9)中時(shí)效處理采用三級(jí)時(shí)效熱處理工藝為：第一級(jí)時(shí)效溫度100～130℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h，第二級(jí)時(shí)效溫度為150～180℃，時(shí)效時(shí)間為0.5～2h，第三級(jí)時(shí)效溫度100～130℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h。表2為不同時(shí)效工藝的合金性能。表2表3為不同鑄錠三級(jí)時(shí)效工藝的合金性能。表3從上面的結(jié)果可以看到，本發(fā)明所述的超高強(qiáng)鋁合金在所述的制備工藝下可穩(wěn)定的制備出峰值時(shí)效抗拉強(qiáng)度超過(guò)800MPa、屈服強(qiáng)度超過(guò)760MPa、延伸率超過(guò)8.0％且成本相對(duì)較低的Al-Zn-Mg-Cu超高強(qiáng)鋁合金，因而在航空航天、交通運(yùn)輸和兵器工業(yè)等領(lǐng)域存在很大的應(yīng)用潛力。最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3