[發(fā)明專利]一種適合于結(jié)構(gòu)件制造的鋁合金制品及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010104082.6
• 申請(qǐng)日: 2010-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102108463A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊柏青;張永安;朱寶宏;李錫武;李志輝;王鋒;劉紅偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號(hào): C22C21/10
• 分類號(hào): C22C21/10;B22D11/115;B22D7/00;C22F1/053;B22D18/04
• 代理公司: 北京元中知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 王明霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)殇X合金，特別是由國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)所命名的7xxx系(Al-Zn-Mg-Cu系)鋁合金；更具體地，本發(fā)明涉及厚度較大，即30～360mm厚的7xxx系鋁合金制品。雖然本發(fā)明最典型的應(yīng)用是大厚度鍛件和軋制板制品，但是其也可以應(yīng)用于具有整體或局部大厚度特征的擠壓制品及鑄造制品。

背景技術(shù)

現(xiàn)代航空制造業(yè)中，伴隨著對(duì)飛機(jī)的綜合飛行性能、有效載重、燃油消耗、服役壽命及可靠性等要求的不斷提升，大型整體式鋁合金構(gòu)件在飛機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。例如：在飛機(jī)的機(jī)翼與機(jī)身結(jié)合部位的設(shè)計(jì)制造中，采用單一成分的大尺寸鋁合金制品、通過(guò)數(shù)控銑削方法加工的整體式翼身對(duì)接構(gòu)件，取代傳統(tǒng)的、通過(guò)多個(gè)不同成分的鋁合金散件拼裝而成的組合式翼身對(duì)接構(gòu)件，不僅可以大幅度減輕構(gòu)件的重量、提高其在服役過(guò)程中的可靠性，而且可以明顯減少構(gòu)件的安裝工序、降低飛機(jī)的綜合制造成本。

然而，這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造方法，對(duì)相關(guān)鋁合金制品的綜合性能提出了十分苛刻的要求：

正如航空制造界所周知，對(duì)于飛機(jī)機(jī)翼或翼身對(duì)接結(jié)構(gòu)的上端面制造用材，一般希望其具有最佳的壓縮屈服強(qiáng)度、以及可接受的損傷容限性能，而對(duì)于飛機(jī)機(jī)翼或翼身對(duì)接結(jié)構(gòu)的下端面制造用材，一般希望其具有最佳的損傷容限性能、以及可接受的拉伸屈服強(qiáng)度，在傳統(tǒng)的組合式結(jié)構(gòu)中，上述目的可以通過(guò)選擇不同成分的鋁合金散件進(jìn)行拼裝的方式實(shí)現(xiàn)——如在飛機(jī)機(jī)翼或翼身對(duì)接結(jié)構(gòu)的上端面設(shè)計(jì)選材時(shí)，選用具有更高壓縮屈服強(qiáng)度水平、損傷容限性能可接受的7150、7055、7449合金等，而在飛機(jī)機(jī)翼或翼身對(duì)接結(jié)構(gòu)的下端面設(shè)計(jì)選材時(shí)，選用拉伸屈服強(qiáng)度水平可接受、卻具有最佳損傷容限性能的2324、2524合金等；但是，當(dāng)上述結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為整體式時(shí)，則所選用的單一合金制品不僅應(yīng)具有最佳的拉伸及壓縮屈服強(qiáng)度，同時(shí)還應(yīng)具有最佳的損傷容限性能，即具備所謂的“最佳性能組合”；(2)一些整體式構(gòu)件往往具有較大的局部高度，導(dǎo)致用于制造這些整體式構(gòu)件的鋁合金制品亦應(yīng)具備較大的厚度(30mm以上，甚至達(dá)到360mm)，為了保證整體式構(gòu)件各部位性能的一致性，要求鋁合金制品內(nèi)部不同部位的各項(xiàng)性能高度均勻。

通過(guò)性能綜合測(cè)試評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，全世界航空制造界廣泛應(yīng)用的一些傳統(tǒng)高強(qiáng)高韌鋁合金難以滿足上述要求。例如：7050、7150合金等是被業(yè)界公認(rèn)為各項(xiàng)性能平衡性良好的高強(qiáng)高韌鋁合金，對(duì)于厚度20～80mm的7050、7150合金制品，其表層和芯部均具有良好的綜合性能、以及可接受的內(nèi)外性能差異，然而對(duì)于厚度達(dá)到150mm的7050、7150合金制品，雖然其表層的綜合性能仍基本能夠保持原來(lái)的良好特征，但是其芯部的屈服強(qiáng)度與表層相比，至少降低了10％以上，延伸率、斷裂韌性等相差亦十分明顯；7055、7449合金等是被業(yè)界公認(rèn)為具有高強(qiáng)度特征的變形鋁合金，對(duì)于厚度20～60mm的7055、7449合金制品，其表層和芯部均具有良好的高強(qiáng)度特征、以及可接受的內(nèi)外性能差異，然而對(duì)于厚度達(dá)到100mm的7055、7449合金制品，雖然其表層的高強(qiáng)度特征及其它綜合性能仍基本能夠保持，但是其芯部的屈服強(qiáng)度、延伸率、斷裂韌性、疲勞斷裂門檻值、抗應(yīng)力腐蝕及剝落腐蝕等性能與表層相比，亦分別降低了10～25％不等。一個(gè)公認(rèn)的原則是，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員一般以一種材料制品的最低可保證性能作為選材依據(jù)，根據(jù)這個(gè)原則，當(dāng)傳統(tǒng)的7050、7150、7055、7449合金被加工成厚度較小的制品(如80mm以下)時(shí)，其表層與芯部之間具有良好的綜合性能一致性，制品的最低可保證性能(往往是芯部性能)完全可以滿足一些承載要求較高的結(jié)構(gòu)件制造選材要求，但當(dāng)這些合金被加工成大厚度的制品時(shí)，芯部性能下降幅度過(guò)大，制品的最低可保證性能已經(jīng)難以滿足一些承載要求較高的結(jié)構(gòu)件制造選材要求。此外，7xxx系鋁合金制品表層與芯部的一些性能差異過(guò)大，還會(huì)給后續(xù)的構(gòu)件加工中帶來(lái)一些意想不到的問(wèn)題，如相對(duì)高的殘余內(nèi)應(yīng)力、后續(xù)銑削加工工藝的制定及操作變得困難等，這也是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員所不希望看到的。