[發明專利]一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金

無效

• 申請號: 201010185792.6
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101824569A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 劉志義;林亮華;呂青
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種低淬火敏感性鋁合金，特別是指一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金；屬于有色金屬合金化技術領域。

背景技術

高強Al-Zn-Mg-Cu合金，具有密度低、比強度高和硬度、熱加工性能好以及耐腐蝕性能和斷裂韌性較好等優點，廣泛應用于航空航天領域，是該領域重要的結構材料之一。該系合金是時效可強化合金，其高強度高硬度主要通過固溶、淬火及時效獲得。合金淬火后得到的固溶體過飽和程度對時效強化效果具有決定性的作用，故造成合金的淬火敏感性問題^[1-3]，即淬火速率減小導致合金力學性能下降。這個問題對于大尺寸構件尤為突出，因為其心部在常規冷卻條件下難以獲得足夠的冷卻速度。尤其對于一些大構件，為了降低淬火應力，經常采用沸水、空氣等淬火介質，以降低冷卻速率。這樣，對于常規鋁合金的大規格厚板及大構件，就更加難以得到良好的心部組織和力學性能，從而造成鋁合金大規格厚板及大構件的表層和心部性能的不均勻，以及整體性能下降^[4-5]。而鋁合金大規格厚板及大構件是制造大型飛機必需的材料。因此，研究開發低淬火敏感性鋁合金具有重要的意義。

目前的低淬火敏感性鋁合金是美國開發的7085鋁合金，該合金通過提高Zn/Mg比，以及采用Zr元素進行微合金化，可以使得鋁合金板材的淬透厚度達到400mm。由于飛機構件尺寸越大，所需板材厚度也越大，未來大飛機需要更大厚度的鋁合金厚板。因此，為了進一步降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金板材的淬透厚度，急需開發新的微合金化技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種通過對鋁合金微合金化，有效降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金淬透性的含Ge的低淬火敏感性鋁合金。

本發明一種含Ge的低淬火敏感性鋁合金，由下述組分按重量百分比組成：

6.0-7.0％Zn；

1.1-1.4％Mg；

1.3-1.6％Cu；

0.10-0.15％Zr；

0.05-0.10％Ti

0.05-0.5％Ge

余量為Al，且各組分之和為100％。

本發明中，所述Ge的純度大于等于99.99％。

本發明由于采用上述配方，對鋁合金進行微量Ge元素的合金化處理，利用Ge元素與空位的結合能遠遠大于Z?n、Mg、Cu等元素與空位的結合能的特性，在固溶淬火時，加入合金內部的Ge元素優先與空位結合，阻止了在較低固溶淬火速率下合金中的Zn、Mg、Cu等溶質原子的擴散和粗大第二相的析出，有效提高鋁合金淬透性，降低鋁合金的淬火敏感性，為后續時效獲得彌散的強化相提供固溶充分的淬火組織。

本發明的優點和積極效果簡述于下：

1、加入微量Ge后，鋁合金TTP曲線的鼻尖時間由5秒推后到了30秒，降低了淬火敏感性。

2、在固溶空冷淬火及120℃/24h時效處理后，加入微量Ge的鋁合金具有較高的拉伸強度。

綜上所述，本發明通過加入微量Ge對鋁合金進行合金化，利用Ge與空位較高的結合能，阻止其他合金元素的擴散和粗大第二相的析出，從而降低鋁合金的淬火敏感性，提高鋁合金淬透性，提高低淬火速率下合金的溶質原子固溶的飽和度，以及時效處理后的力學性能。可有效提高大尺寸鋁合金構件的淬透深度，得到良好的心部組織和力學性能，為航空航天及其它領域的大規格厚板及大構件提供了一種低淬火敏感性的鋁合金結構材料。

附圖說明

附圖1是未加Ge鋁合金的TTP曲線。

附圖2是加入0.5％Ge鋁合金的TTP曲線。

附圖3是加入0.5％Ge鋁合金在470/1h固溶后在275℃保溫300秒后淬火的各類合金元素的EDS面掃描圖。

其中：

附圖3-1是Mg-Ge析出相的二次電子形貌像。

附圖3-2是Cu元素的EDS面掃描圖。

附圖3-3是Mg元素的EDS面掃描圖。

附圖3-4是Al元素的EDS面掃描圖。

附圖3-5是Zn元素的EDS面掃描圖。

附圖3-6是Ge元素的EDS面掃描圖。

附圖1、附圖2中的95％、90％和85％分別表示合金最高強度的95％、90％和85％。

比較附圖1、2可知，加入0.5％Ge鋁合金的TTP曲線相對未加Ge的曲線，鼻尖時間推遲了30秒，降低了淬火敏感性。

附圖3的結果表明除一部分Mg，Ge形成化合物外，其余元素都分布均勻。說明加入Ge有利于Zn，Mg，Cu固溶體的穩定。