本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法，屬于鋁合金鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金是目前應(yīng)用最廣泛之飛機(jī)制造材料。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：重量輕，差不多是同體積銅或鋼的1/3重量；可反射輻射能，如可見光、輻射熱、電磁波；導(dǎo)電及導(dǎo)熱能力強(qiáng)，且又是非鐵磁性；容易接合(焊接、鉚接或膠合)；外觀及表面易處理；機(jī)械性質(zhì)良好，經(jīng)加工處理后強(qiáng)度高、延展性高。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代軍用、民用飛機(jī)向高速多載、長壽命及確保飛行安全的方向發(fā)展，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的鋁合金材料提出了更高的要求。不僅需要鋁合金材料需要更高的機(jī)械強(qiáng)度，還需要更好的抗應(yīng)力腐蝕性能，因此，本發(fā)明開發(fā)了一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法，本發(fā)明制得的鋁合金材料既具有700mpa以上的抗拉強(qiáng)度，又能保持極高的韌性和極好的抗應(yīng)力腐蝕性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的合金元素：zn7.8-8.6、mg2.4-3.2、cu2.2-2.8、zr0.1-0.2、ni0.2-0.3、sc0.05-0.1、li0.1-0.2、fe≤0.01、si≤0.02、ti≤0.05，余量為al進(jìn)行配料計(jì)算；先將配制好的鋁錠、電解銅投入熔化爐中，升溫至690-720℃，待其熔化后加入配制好的al-zr中間合金、al-ni中間合金、al-sc中間合金和al-li中間合金，調(diào)整溫度至750-780℃，待中間合金熔化后加入配制好的鋅錠和鎂錠，調(diào)整溫度至675-695℃，待爐料全部熔化后進(jìn)行攪拌使成分均勻，然后調(diào)整溫度至740-760℃，加入相當(dāng)于合金液質(zhì)量0.5-0.8%的精煉劑，除氣精煉20-30min，靜置10-15min，除渣后進(jìn)行變質(zhì)處理：先調(diào)整溫度至710-730℃，在300-500w的功率下超聲波振蕩5-15min，再調(diào)整溫度至725-745℃，在脈沖電壓為400-600v、脈沖頻率為5-8hz的脈沖電場下處理20-40s，靜置5-10min后取樣進(jìn)行爐前快速分析，分析結(jié)果符合合金成分要求即可出爐澆鑄；
（2）采用外加電磁場半連續(xù)鑄造，澆鑄溫度為710-730℃，拉坯速度50-70mm/min，電磁感應(yīng)線圈交變電流強(qiáng)度為300-500a，交變電流頻率為20-40hz；
（3）將步驟（2）得到的圓鑄錠加熱到440-470℃，放入熱擠壓筒中進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓速度為2-4mm/s，擠壓比為8-10，空冷至室溫，得到圓鑄棒；
（4）將步驟（3）制得的圓鑄棒加熱至460-490℃，保溫2-4h，放入冰水中進(jìn)行淬火，淬火轉(zhuǎn)移時間為2-3s，淬火停放時間為2-4h；
（5）將淬火后的圓鑄棒放入微波熱處理爐中，打開微波，先在70-90℃下保溫8-10h，再在130-150℃下保溫1-2h，關(guān)閉微波，然后施加電脈沖，在脈沖電壓為600-700v，脈沖頻率為10-20hz的條件下處理30-60s，隨爐空冷至室溫即可。
所述的zn/mg的質(zhì)量百分比為2.8-3.3。
所述的鋁錠、電解銅、鋅錠、鎂錠的純度均大于99.99%。
所述的al-zr中間合金中zr的質(zhì)量百分含量為4-6%。
所述的al-ni中間合金中ni的質(zhì)量百分含量為8-10%。
所述的al-sc中間合金中sc質(zhì)量百分含量為2-3%。
所述的al-li中間合金中l(wèi)i質(zhì)量百分含量為3-5%。
所述的精煉劑是由光鹵石、氟化鈣按照質(zhì)量比1.5-2:1混合而成。
所述的微波功率為300-400w。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明通過降低fe和si的含量，控制zn/mg的質(zhì)量比，在保持較高的機(jī)械強(qiáng)度的基礎(chǔ)上改善合金的抗應(yīng)力腐蝕性，本發(fā)明向高強(qiáng)鋁合金中添加zr，可加速合金的η′（mgzn2）相或η（mgzn2）相沉淀，η′（mgzn2）相顆粒主要以分開的形式排列在晶界處，增強(qiáng)晶界的耐應(yīng)力腐蝕能力；添加sc能凈化微結(jié)構(gòu)，阻礙再結(jié)晶，它與al形成金屬間化合物al3sc，使合金具有亞晶和精細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，因此提高了合金的抗應(yīng)力腐蝕性；添加ni能通過促進(jìn)晶格生長提高合金耐應(yīng)力腐蝕性；添加li合金化，提高鋁合金的強(qiáng)度和韌性；本發(fā)明采用采用脈沖電場結(jié)合超聲波振蕩的變質(zhì)方法，使得合金的凝固組織顯著細(xì)化，力學(xué)性能顯著提高；本發(fā)明在半連續(xù)鑄造過程中外加電磁場，能夠顯著改善合金微觀組織，細(xì)化晶粒，消除鑄造缺陷，提高鑄錠表面質(zhì)量；本發(fā)明熱擠壓、固溶處理以及脈沖結(jié)合微波時效處理三者相結(jié)合的熱處理工藝，可以顯著改善過渡沉淀相的分布及鋁合金的精細(xì)結(jié)構(gòu)，以獲得較高的強(qiáng)度、好的斷裂韌性以及良好的抗應(yīng)力腐蝕性能。本發(fā)明制得的鋁合金材料既具有700mpa以上的抗拉強(qiáng)度，又能保持極高的韌性和極好的抗應(yīng)力腐蝕性能，滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件鋁合金材料的性能要求，對于提高飛機(jī)的綜合性能和安全性、經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的合金元素：zn7.8、mg2.4、cu2.2、zr0.1、ni0.2、sc0.05、li0.1、fe≤0.01、si≤0.02、ti≤0.05，余量為al進(jìn)行配料計(jì)算；先將配制好的鋁錠、電解銅投入熔化爐中，升溫至690℃，待其熔化后加入配制好的al-zr中間合金、al-ni中間合金、al-sc中間合金和al-li中間合金，調(diào)整溫度至750℃，待中間合金熔化后加入配制好的鋅錠和鎂錠，調(diào)整溫度至675℃，待爐料全部熔化后進(jìn)行攪拌使成分均勻，然后調(diào)整溫度至740℃，加入相當(dāng)于合金液質(zhì)量0.5%的精煉劑，除氣精煉20min，靜置10min，除渣后進(jìn)行變質(zhì)處理：先調(diào)整溫度至710℃，在300w的功率下超聲波振蕩15min，再調(diào)整溫度至725℃，在脈沖電壓為400v、脈沖頻率為5hz的脈沖電場下處理40s，靜置5min后取樣進(jìn)行爐前快速分析，分析結(jié)果符合合金成分要求即可出爐澆鑄；
（2）采用外加電磁場半連續(xù)鑄造，澆鑄溫度為710℃，拉坯速度50mm/min，電磁感應(yīng)線圈交變電流強(qiáng)度為300a，交變電流頻率為20hz；
（3）將步驟（2）得到的圓鑄錠加熱到440℃，放入熱擠壓筒中進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓速度為2mm/s，擠壓比為8，空冷至室溫，得到圓鑄棒；
（4）將步驟（3）制得的圓鑄棒加熱至460℃，保溫4h，放入冰水中進(jìn)行淬火，淬火轉(zhuǎn)移時間為2s，淬火停放時間為2h；
（5）將淬火后的圓鑄棒放入微波熱處理爐中，打開微波，先在70℃下保溫10h，再在130℃下保溫2h，關(guān)閉微波，然后施加電脈沖，在脈沖電壓為600v，脈沖頻率為10hz的條件下處理60s，隨爐空冷至室溫即可。
所述的鋁錠、電解銅、鋅錠、鎂錠的純度均大于99.99%。
所述的al-zr中間合金中zr的質(zhì)量百分含量為4%。
所述的al-ni中間合金中ni的質(zhì)量百分含量為8%。
所述的al-sc中間合金中sc質(zhì)量百分含量為2%。
所述的al-li中間合金中l(wèi)i質(zhì)量百分含量為3%。
所述的精煉劑是由光鹵石、氟化鈣按照質(zhì)量比1.5:1混合而成。
所述的微波功率為300w。
實(shí)施例2
一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的合金元素：zn8.2、mg2.8、cu2.5、zr0.15、ni0.25、sc0.08、li0.16、fe≤0.01、si≤0.02、ti≤0.05，余量為al進(jìn)行配料計(jì)算；先將配制好的鋁錠、電解銅投入熔化爐中，升溫至705℃，待其熔化后加入配制好的al-zr中間合金、al-ni中間合金、al-sc中間合金和al-li中間合金，調(diào)整溫度至770℃，待中間合金熔化后加入配制好的鋅錠和鎂錠，調(diào)整溫度至685℃，待爐料全部熔化后進(jìn)行攪拌使成分均勻，然后調(diào)整溫度至750℃，加入相當(dāng)于合金液質(zhì)量0.7%的精煉劑，除氣精煉25min，靜置12min，除渣后進(jìn)行變質(zhì)處理：先調(diào)整溫度至720℃，在400w的功率下超聲波振蕩10min，再調(diào)整溫度至735℃，在脈沖電壓為500v、脈沖頻率為7hz的脈沖電場下處理30s，靜置5-10min后取樣進(jìn)行爐前快速分析，分析結(jié)果符合合金成分要求即可出爐澆鑄；
（2）采用外加電磁場半連續(xù)鑄造，澆鑄溫度為720℃，拉坯速度60mm/min，電磁感應(yīng)線圈交變電流強(qiáng)度為400a，交變電流頻率為30hz；
（3）將步驟（2）得到的圓鑄錠加熱到455℃，放入熱擠壓筒中進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓速度為3mm/s，擠壓比為9，空冷至室溫，得到圓鑄棒；
（4）將步驟（3）制得的圓鑄棒加熱至475℃，保溫3h，放入冰水中進(jìn)行淬火，淬火轉(zhuǎn)移時間為2s，淬火停放時間為3h；
（5）將淬火后的圓鑄棒放入微波熱處理爐中，打開微波，先在80℃下保溫9h，再在140℃下保溫1.5h，關(guān)閉微波，然后施加電脈沖，在脈沖電壓為650v，脈沖頻率為15hz的條件下處理45s，隨爐空冷至室溫即可。
所述的鋁錠、電解銅、鋅錠、鎂錠的純度均大于99.99%。
所述的al-zr中間合金中zr的質(zhì)量百分含量為5%。
所述的al-ni中間合金中ni的質(zhì)量百分含量為9%。
所述的al-sc中間合金中sc質(zhì)量百分含量為2.5%。
所述的al-li中間合金中l(wèi)i質(zhì)量百分含量為4%。
所述的精煉劑是由光鹵石、氟化鈣按照質(zhì)量比1.8:1混合而成。
所述的微波功率為350w。
實(shí)施例3
一種高強(qiáng)度抗應(yīng)力腐蝕鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）按照以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的合金元素：zn8.6、mg3.0、cu2.8、zr0.2、ni0.3、sc0.1、li0.2、fe≤0.01、si≤0.02、ti≤0.05，余量為al進(jìn)行配料計(jì)算；先將配制好的鋁錠、電解銅投入熔化爐中，升溫至720℃，待其熔化后加入配制好的al-zr中間合金、al-ni中間合金、al-sc中間合金和al-li中間合金，調(diào)整溫度至780℃，待中間合金熔化后加入配制好的鋅錠和鎂錠，調(diào)整溫度至695℃，待爐料全部熔化后進(jìn)行攪拌使成分均勻，然后調(diào)整溫度至760℃，加入相當(dāng)于合金液質(zhì)量0.8%的精煉劑，除氣精煉30min，靜置15min，除渣后進(jìn)行變質(zhì)處理：先調(diào)整溫度至730℃，在500w的功率下超聲波振蕩5min，再調(diào)整溫度至745℃，在脈沖電壓為600v、脈沖頻率為8hz的脈沖電場下處理20s，靜置10min后取樣進(jìn)行爐前快速分析，分析結(jié)果符合合金成分要求即可出爐澆鑄；
（2）采用外加電磁場半連續(xù)鑄造，澆鑄溫度為730℃，拉坯速度70mm/min，電磁感應(yīng)線圈交變電流強(qiáng)度為500a，交變電流頻率為40hz；
（3）將步驟（2）得到的圓鑄錠加熱到470℃，放入熱擠壓筒中進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓速度為4mm/s，擠壓比為10，空冷至室溫，得到圓鑄棒；
（4）將步驟（3）制得的圓鑄棒加熱至490℃，保溫2h，放入冰水中進(jìn)行淬火，淬火轉(zhuǎn)移時間為3s，淬火停放時間為4h；
（5）將淬火后的圓鑄棒放入微波熱處理爐中，打開微波，先在90℃下保溫8h，再在150℃下保溫1h，關(guān)閉微波，然后施加電脈沖，在脈沖電壓為700v，脈沖頻率為20hz的條件下處理30s，隨爐空冷至室溫即可。
所述的鋁錠、電解銅、鋅錠、鎂錠的純度均大于99.99%。
所述的al-zr中間合金中zr的質(zhì)量百分含量為6%。
所述的al-ni中間合金中ni的質(zhì)量百分含量為10%。
所述的al-sc中間合金中sc質(zhì)量百分含量為3%。
所述的al-li中間合金中l(wèi)i質(zhì)量百分含量為5%。
所述的精煉劑是由光鹵石、氟化鈣按照質(zhì)量比2:1混合而成。
所述的微波功率為400w。