一種航空航天用高耐損傷鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航空航天用高耐損傷鋁合金，屬于鋁合金材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金材料具有密度小，比強(qiáng)度高，比剛度高，彈性好，抗沖擊性能良好、耐腐蝕，高導(dǎo)電，高導(dǎo)熱，易表面著色，易加工，可回收再生等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑裝飾、航空航天、機(jī)械電器、電子通訊、能源動(dòng)力等行業(yè)。尤其在航空航天工業(yè)中，鋁合金材料是首選的輕量化結(jié)構(gòu)材料，因此用量非常大，同時(shí)航空航天工業(yè)對(duì)鋁合金材料的性能要求也較苛刻。目前航空航天鋁合金的研究開(kāi)發(fā)目標(biāo)已由過(guò)去單純追求高強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧暇C合性能的整體提升，即在提高鋁合金機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)一步提高合金的耐損傷性能，從而延長(zhǎng)鋁合金的使用壽命和擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有高強(qiáng)度和高韌性，還具有優(yōu)異的耐損傷性能航空航天用高耐損傷鋁合金及其制備方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種航空航天用高耐損傷鋁合金，由以下重量百分比的元素組成=Cu 4.2-4.8、Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn 0.4-0.8, Nb 0.25-0.45, Bi 0.1-0.2, Fe 0.05-0.1、Zr 0.04-0.08、Si 0.03-0.05, Ga 0.025-0.035、Te 0.02-0.03, Er 0.015-0.025、Lu0.01-0.02，余量為 Al。
[0005]一種航空航天用高耐損傷鋁合金的制備方法，包括以下步驟:按上述元素組成進(jìn)行配料，將爐料依次投入熔煉爐中在730-760°C下進(jìn)行熔煉，待金屬完全熔化后調(diào)整溫度為720-740°C，加入精煉劑精煉15-20min，扒渣后靜置20_30min，將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以150-200°C /h升溫至380-420°C，保溫3_5h，再以 50-80°C /h 升溫至 510-530°C，保溫 5_8h，然后以 100-150°C /h 降溫至 220_240°C，保溫2-3h，再以80-120°C /h升溫至420-460°C，保溫4-6h，然后以120_160°C /h降溫至150-170°C，保溫 l_2h，再以 100-150°C /h 升溫至 460_490°C，保溫 4_8h，然后以 70_90°C /h降溫至280-320 V，保溫3-4h，再放入0_5 V冰鹽水中水淬至40-50 °C;取出合金以80-90 V /h升溫至160-180°C，保溫12-16h，再以40_50°C /h降溫至70_80°C，保溫15_20h，然后以50-600C /h 升溫至 180-200°C，保溫 10_15h，再以 45_55°C /h 降溫至 80_90°C，保溫 14_18h，空冷至室溫，然后以85-95°C /h升溫至170-190°C，保溫12_16h，再以40_50°C /h降溫至75-85°C，保溫15-20h，空冷至室溫即可。
[0006]所述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鈉10-15、氯化鉀5-10、碳酸鈉3-6、氟化鎂4-8、氟娃酸鈉3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5-10、硅藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過(guò)200-300目篩，然后加入適量的水濕法球磨12-24h，110_120°C干燥l_2h，再在760_820°C煅燒20-30min，升溫至1200-1250°C繼續(xù)煅燒l_2h，水淬，濕法球磨，烘干，過(guò)200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過(guò)200-300目篩即可。
[0007]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過(guò)添加適量的B1、Ga、Nb等元素，增大了強(qiáng)化相的析出密度并使其分布均勻，阻礙了晶界的移動(dòng)，使得再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大得到明顯抑制，細(xì)化了晶粒，強(qiáng)化了晶界；同時(shí)添加微量的Er、Lu稀土元素微合金化作用，形成與基體共格的彌散相保持形變回復(fù)亞晶組織，形變熱處理改善析出相的分布均勻性，可以有效提高疲勞裂紋擴(kuò)展阻力；從而同時(shí)提升合金的耐損傷性能和力學(xué)性能。本發(fā)明制得的鋁合金材料綜合性能優(yōu)異，強(qiáng)度高，韌性好，具有優(yōu)異的耐損傷、抗疲勞性能，經(jīng)久耐用，使用范圍廣，應(yīng)用前景廣闊。
【具體實(shí)施方式】
[0008](I)按照重量百分比的元素組成為:Cu 4.2-4.8, Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn0.4-0.8、Nb 0.25-0.45、Bi 0.1-0.2, Fe 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Si 0.03-0.05, Ga
0.025-0.035、Te 0.02-0.03、Er 0.015-0.025、Lu 0.01-0.02，余量為 Al 進(jìn)行配料；
(2)將爐料依次投入熔煉爐中在745°C下進(jìn)行熔煉，待金屬完全熔化后調(diào)整溫度為730°C，加入精煉劑精煉15min，扒渣后靜置25min，將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以180°C /h升溫至380°C，保溫5h，再以70°C /h升溫至515°C，保溫7h，然后以120°C /h降溫至230°C，保溫2h，再以100°C /h升溫至440°C，保溫5h，然后以1400C /h降溫至160°C，保溫lh，再以120°C /h升溫至480°C，保溫5h，然后以80°C /h降溫至300°C，保溫4h，再放入2°C冰鹽水中水淬至45°C ;取出合金以90°C /h升溫至180°C，保溫12h，再以50°C /h降溫至75°C，保溫18h，然后以60°C /h升溫至195°C，保溫12h，再以500C /h降溫至90°C，保溫14h，空冷至室溫，然后以90°C /h升溫至180°C，保溫14h，再以450C /h降溫至80°C，保溫18h，空冷至室溫即可。
[0009]上述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量(kg)的原料:氯化鈉15、氯化鉀8、碳酸鈉4、氟化鎂6、氟硅酸鈉4、赤泥8、草木灰3、冰晶石10、白云石8、硅藻土 6、重晶石8 ;b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過(guò)250目篩，然后加入適量的水濕法球磨24h，120°C干燥Ih，再在820°C煅燒20min，升溫至1220°C繼續(xù)煅燒2h，水淬，濕法球磨，烘干，過(guò)300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過(guò)300目篩即可。
[0010]經(jīng)檢驗(yàn)，制得的鋁合金化學(xué)成分為:Cu 4.48%、Mg 1.35%、L1.97%、Mn 0.62%、Nb
0.34%、Bi 0.18%、Fe 0.061%、Zr 0.073%、Si 0.044%、Ga 0.028%、Te 0.022%、Er 0.019%、Lu 0.015%，余量為Al ;力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度612MPa，屈服強(qiáng)度556MPa，伸長(zhǎng)率19.3%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種航空航天用高耐損傷鋁合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素組成:Cu 4.2-4.8, Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn 0.4-0.8, Nb 0.25-0.45, Bi 0.1-0.2,Fe 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Si 0.03-0.05, Ga 0.025-0.035、Te 0.02-0.03, Er0.015-0.025、Lu 0.01-0.02，余量為 Al。
2.如權(quán)利要求1所述的航空航天用高耐損傷鋁合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟:按上述元素組成進(jìn)行配料，將爐料依次投入熔煉爐中在730-760°C下進(jìn)行熔煉，待金屬完全熔化后調(diào)整溫度為720-740°C，加入精煉劑精煉15-20min，扒渣后靜置20_30min，將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以150-200°C /h升溫至380-420°C，保溫 3-5h，再以 50-80°C /h 升溫至 510_530°C，保溫 5_8h，然后以 100-150°C /h降溫至220-240 °C,保溫2-3h，再以80-120 V /h升溫至420-460 °C，保溫4_6h，然后以 120-160°C /h 降溫至 150-170°C，保溫 l_2h，再以 100-150°C /h 升溫至 460_490°C，保溫4-8h，然后以70-90°C /h降溫至280-320°C，保溫3_4h，再放入0-5°C冰鹽水中水淬至40-500C ;取出合金以80-90°C /h升溫至160_180°C，保溫12_16h，再以40_50°C /h降溫至70-80°C，保溫 15-20h，然后以 50-60°C /h 升溫至 180_200°C，保溫 10_15h，再以 45_55°C /h降溫至80-90°C，保溫14-18h，空冷至室溫，然后以85-95°C /h升溫至170_190°C，保溫12-16h，再以40-50°C /h降溫至75-85°C，保溫15_20h，空冷至室溫即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空航天用高耐損傷鋁合金的制備方法，其特征在于，所述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鈉10-15、氯化鉀5-10、碳酸鈉3-6、氟化鎂4-8、氟娃酸鈉3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5_10、娃藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過(guò)200-300目篩，然后加入適量的水濕法球磨12_24h，110-120°C干燥I _2h，再在760-820 °C煅燒20-30min，升溫至1200-1250°C繼續(xù)煅燒l_2h，水淬，濕法球磨，烘干，過(guò)200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過(guò)200-300目篩即可。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種航空航天用高耐損傷鋁合金及其制備方法，其由以下重量百分比的元素組成：Cu4.2-4.8、Mg1.1-1.6、Li0.6-1.2、Mn0.4-0.8、Nb0.25-0.45、Bi0.1-0.2、Fe0.05-0.1、Zr0.04-0.08、Si0.03-0.05、Ga0.025-0.035、Te0.02-0.03、Er0.015-0.025、Lu0.01-0.02，余量為Al。本發(fā)明制得的鋁合金材料綜合性能優(yōu)異，強(qiáng)度高，韌性好，具有優(yōu)異的耐損傷、抗疲勞性能，經(jīng)久耐用，使用范圍廣，應(yīng)用前景廣闊。
【IPC分類】C22C1-06, C22C21-16, C22C1-02, C22F1-057
【公開(kāi)號(hào)】CN104862562
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410065697
【發(fā)明人】胡蔚
【申請(qǐng)人】成都智利達(dá)科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年2月26日