技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種600mpa級低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
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隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，提高航空航天關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的整體性和可靠性，進(jìn)一步減輕航空重量，對超厚截面(150mm以上)al-zn-mg-cu系鋁合金鍛件與預(yù)拉伸厚板提出了緊迫的要求，即要求新型超高強(qiáng)鋁合金材料除了應(yīng)具有的超高強(qiáng)度，還應(yīng)具有較低的淬火敏感性以及良好的疲勞性能等綜合性能。
目前，國外航空厚板用超高強(qiáng)鋁合金牌號有aa7075、aa7x50、aa7085等鋁合金，其中aa7085鋁合金具有低淬火敏感性，綜合性能優(yōu)異的優(yōu)勢，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳?，aa7085已經(jīng)成功應(yīng)用在波音787飛機(jī)起落架支撐件和空客a380飛機(jī)的翼梁等重要承力部件。但是aa7085為了降低淬火敏感性，降低了強(qiáng)化相mgzn2的相對數(shù)量，導(dǎo)致aa7085鋁合金強(qiáng)度相對較低，因而降低了飛機(jī)的安全系數(shù)。
為提高飛機(jī)的使用壽命，增加飛機(jī)的安全系數(shù)，需要研制出低淬火性能并同時(shí)具有高強(qiáng)度的鋁合金及其相應(yīng)的制備工藝，提高飛機(jī)整體性能與服役可靠性，降低飛機(jī)的制造成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
一種600mpa級低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金，7.6～8.4wt％的zn，1.5～1.9wt％的mg，1.1～1.3wt％的cu，0.10～0.20wt％的zr，fe的含量≤0.08wt％的fe，si的含量≤0.06wt％，mn、cr、ti中任一種或幾種，所述mn、cr、ti每種元素的含量≤0.05wt％，且所述mn、cr、ti總量≤0.15wt％，其余組分為al和不可避免的雜質(zhì)。
更進(jìn)一步地，所述600mpa級低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金，zn與mg的重量百分比為3.2∶1～5∶1，cu與mg的重量百分比為0.5∶1～0.9∶1。
一種600mpa級低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金的制備方法，包括如下步驟：
(1)按照zn的重量百分比為7.6～8.4wt％，mg的重量百分比為1.5～1.9wt％，cu的重量百分比為1.1～1.3wt％，zr的重量百分比為0.10～0.20wt％，fe的重量百分比≤0.08wt％，si的重量百分比≤0.06wt％，以及余量為a配比原料，在熔化爐中熔煉，熔煉溫度為710～760℃；
(2)對完全熔化的金屬進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在690～730℃，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間不低于25分鐘；
(3)充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度維持在680～720℃的范圍內(nèi)；
(4)對合金鑄坯進(jìn)行三級均勻化，第一階段在360～420℃下保溫3～15h，第二階段在420～450℃下保溫15～35h，第三階段在450～480℃下保溫15～35h；
(5)對完成三級均勻化過程的鑄坯進(jìn)行溫軋，開軋溫度為250～320℃，總變形率90％以上，終軋溫度控制在200℃以上；
(6)對完成溫軋過程的鋁合金板材，在溫度范圍為460～480℃進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為1～4h，完成固溶處理后，對所述鋁合金板材進(jìn)行室溫水淬；
(7)在完成室溫淬后的4h以內(nèi)，對所述鋁合金板材進(jìn)行1.5～3％變形量的預(yù)拉伸；
(8)對完成預(yù)拉伸過程的所述鋁合金板材進(jìn)行時(shí)效處理，選擇下述時(shí)效處理之一：
①峰值時(shí)效處理：在100～170℃溫度范圍內(nèi)加熱10～64h；
②雙級時(shí)效處理：第一級時(shí)效溫度100～130℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h，第二級時(shí)效溫度為150～180℃，時(shí)效時(shí)間為4～20h；
最終得到600mpa級低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金。
本發(fā)明的有益效果是：
1)合理控制所述鋁合金的zn、mg、cu含量。zn和mg是7000系鋁合金中主要的強(qiáng)化合金元素，可形成強(qiáng)化相mgzn2，mgzn2在鋁合金中的含量越大，則其強(qiáng)化作用越大，鋁合金的強(qiáng)度則越大。與傳統(tǒng)aa7085相比，本發(fā)明提高了說述鋁合金中的zn，mg含量，因此提高了本發(fā)明中所述合金的強(qiáng)度。在7000系鋁合金中，cu有一定的固溶強(qiáng)化作用，但cu元素會(huì)影響鋁合金的淬火敏感性，其原因是cu會(huì)降低zn和mg在鋁基體中的溶解度，并提高zn和mg過飽和度，在淬火過程形成富cu原子團(tuán)簇，誘導(dǎo)第二相析出。在本發(fā)明中，cu含量在1.1～1.3wt％，比傳統(tǒng)aa7085中cu含量有所降低，因此對降低淬火敏感性有積極的作用。
2)本發(fā)明對所述鋁合金鑄錠采用的是三級均勻化處理。三級均勻化處理與單級均勻化處理及雙級均勻化處理比較而言，所述合金經(jīng)三級均勻化處理后，合金枝晶第二相充分分解，并在防止合金過燒的情況下，使合金在均勻化處理過程中使al3zr等米三項(xiàng)均勻細(xì)小析出，并有效抑制晶粒的長大，從而顯著改善了鑄錠的微觀組織，為后續(xù)處理提供了良好基礎(chǔ)。
3)本發(fā)明在所述合金在后續(xù)時(shí)效處理中采用的是峰值時(shí)效處理或者雙級時(shí)效處理，這使得所述合金綜合性能得到進(jìn)一步提高。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以下列出了一些實(shí)施例，以舉例說明本發(fā)明及其有益效果。
實(shí)施例1
配比：本實(shí)施例的新型低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金按照zn為8.0wt％，mg為1.75wt％，cu為1.22wt％，zr為0.12wt％，mn的含量<0.05wt％，cr的含量<0.05wt％，ti的含量<0.05wt％，mn，cr，ti三種元素的總含量<0.15wt％，fe的含量<0.15wt％，si的含量<0.10wt％，余量為al，配比原料。
熔煉及精煉：將配比好的原料方式熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為710℃；對完全熔化的金屬進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在690℃，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間為30分鐘。
澆鑄：上述金屬熔液充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度為680℃，澆鑄出240mm×80mm×10mm方錠。
均勻化處理：對上述方錠進(jìn)行三級均勻化處理，第一階段在360℃下保溫3h，第二階段在420℃下保溫15h，第三階段在450℃下保溫15h。
溫軋：對完成上述均勻化過程的鑄坯進(jìn)行溫軋，開軋溫度為250℃，總變形率90％，終軋溫度控制在200℃以上。，
固溶處理：對完成溫軋過程的鋁合金板材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為460℃，固溶時(shí)間為1h，完成固溶處理后，對所述鋁合金板材進(jìn)行室溫水淬。
預(yù)拉伸處理：在對完成室溫水淬的鋁合金板材后的4h以內(nèi)，對所述鋁合金板材進(jìn)行1.5％變形量的預(yù)拉伸。
時(shí)效處理：采用峰值時(shí)效處理，時(shí)效溫度為100℃，時(shí)效時(shí)間為10h，最終獲得的鋁合金板材的拉伸強(qiáng)度達(dá)到612mpa，伸長率8.0％，其強(qiáng)度達(dá)到600mpa級。
實(shí)施例2
配比：本實(shí)施例的新型低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金按照zn為7.8wt％，mg為1.82wt％，cu為1.20wt％，zr為0.12wt％，mn的含量<0.05wt％，cr的含量<0.05wt％，ti的含量<0.05wt％，mn，cr，ti三種元素的總含量<0.15wt％，fe的含量<0.15wt％，si的含量<0.10wt％，余量為al，配比原料。
熔煉及精煉：將配比好的原料方式熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為760℃；對完全熔化的金屬進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在730℃，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間為30分鐘。
澆鑄：上述金屬熔液充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度為720℃左右，澆鑄出240mm×80mm×10mm方錠。
均勻化處理：對上述方錠進(jìn)行三級均勻化處理，第一階段在420℃下保溫15h，第二階段在450℃下保溫35h，第三階段在480℃下保溫35h。
溫軋：對完成上述均勻化過程的鑄坯進(jìn)行溫軋，開軋溫度為320℃，總變形率90％，終軋溫度控制在200℃以上。，
固溶處理：對完成溫軋過程的鋁合金板材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為480℃，固溶時(shí)間為4h，完成固溶處理后，對所述鋁合金板材進(jìn)行室溫水淬。
預(yù)拉伸處理：在對完成室溫水淬的鋁合金板材后的4h以內(nèi)，對所述鋁合金板材進(jìn)行3％變形量的預(yù)拉伸。
時(shí)效處理：采用峰值時(shí)效處理，時(shí)效溫度為170℃，時(shí)效時(shí)間64h，最終獲得的鋁合金板材的拉伸強(qiáng)度達(dá)到608mpa，伸長率8.4％，其強(qiáng)度達(dá)到600mpa級。
實(shí)施例3
配比：本實(shí)施例的新型低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金按照zn為8.0wt％，mg為1.75wt％，cu為1.22wt％，zr為0.12wt％，mn的含量<0.05wt％，cr的含量<0.05wt％，ti的含量<0.05wt％，mn，cr，ti三種元素的總含量<0.15wt％，fe的含量<0.15wt％，si的含量<0.10wt％，余量為al，配比原料。
熔煉及精煉：將配比好的原料方式熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為710℃；對完全熔化的金屬進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在690℃，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間為30分鐘。
澆鑄：上述金屬熔液充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度為680℃，澆鑄出240mm×80mm×10mm方錠。
均勻化處理：對上述方錠進(jìn)行三級均勻化處理，第一階段在360℃下保溫3h，第二階段在420℃下保溫15h，第三階段在450℃下保溫15h。
溫軋：對完成上述均勻化過程的鑄坯進(jìn)行溫軋，開軋溫度為250℃，總變形率90％，終軋溫度控制在200℃以上。，
固溶處理：對完成溫軋過程的鋁合金板材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為460℃，固溶時(shí)間為1h，完成固溶處理后，對所述鋁合金板材進(jìn)行室溫水淬。
預(yù)拉伸處理：在對完成室溫水淬的鋁合金板材后的4h以內(nèi)，對所述鋁合金板材進(jìn)行1.5％變形量的預(yù)拉伸。
時(shí)效處理：采用雙級時(shí)效處理，第一級時(shí)效溫度100℃，時(shí)效時(shí)間為4h，第二級時(shí)效溫度為150℃，時(shí)效時(shí)間為4h，最終獲得的鋁合金板材的拉伸強(qiáng)度達(dá)到560mpa，伸長率9.3％，淬火敏感性因子為7.9％。
實(shí)施例4
配比：本實(shí)施例的新型低淬火敏感性超高強(qiáng)鋁合金按照zn為7.8wt％，mg為1.82wt％，cu為1.20wt％，zr為0.12wt％，mn的含量<0.05wt％，cr的含量<0.05wt％，ti的含量<0.05wt％，mn，cr，ti三種元素的總含量<0.15wt％，fe的含量<0.15wt％，si的含量<0.10wt％，余量為al，配比原料。
熔煉及精煉：將配比好的原料方式熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為760℃；對完全熔化的金屬進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在730℃，精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間為30分鐘。
澆鑄：上述金屬熔液充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度為720℃左右，澆鑄出240mm×80mm×10mm方錠。
均勻化處理：對上述方錠進(jìn)行三級均勻化處理，第一階段在420℃下保溫15h，第二階段在450℃下保溫35h，第三階段在480℃下保溫35h。
溫軋：對完成上述均勻化過程的鑄坯進(jìn)行溫軋，開軋溫度為320℃，總變形率90％，終軋溫度控制在200℃以上。，
固溶處理：對完成溫軋過程的鋁合金板材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為480℃，固溶時(shí)間為4h，完成固溶處理后，對所述鋁合金板材進(jìn)行室溫水淬。
預(yù)拉伸處理：在對完成室溫水淬的鋁合金板材后的4h以內(nèi)，對所述鋁合金板材進(jìn)行3％變形量的預(yù)拉伸。
時(shí)效處理：采用雙級時(shí)效處理，第一級時(shí)效溫度130℃，時(shí)效時(shí)間為20h，第二級時(shí)效溫度為180℃，時(shí)效時(shí)間為20h，最終獲得的鋁合金板材的拉伸強(qiáng)度達(dá)到553mpa，伸長率9.8％，淬火敏感性因子為7.72％。
綜上所述，本發(fā)明合金具有較高的強(qiáng)度與淬透性，綜合性能優(yōu)異，適合制造飛機(jī)大型部件，有利于提高飛機(jī)的整體性與可靠性，獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。