[發明專利]一種設計高淬透性高強度鋁合金主要成分的方法

有效

• 申請號: 201610431322.0
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN105908028B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 許曉靜;朱金鑫;丁清;羅勇;吳瑤;談成;趙建吉;張香麗;楊帆;張沖
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22F1/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于金屬合金領域，尤其涉及一種設計高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要成分的方法。

背景技術

鋁合金作為工業應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學化工等領域中已大量使用，而高強鋁合金作為鋁合金中強度較高的一種材料，需求量也日益增加。高強鋁合金的主體是Al-Zn-Mg-Cu系(簡稱7000系)合金，該系合金具有良好的塑性、韌性、抗應力腐蝕性能和加工性能。

然而，隨著航空航天飛行器的不斷發展，最新一代航空航天飛行器型號裝備發展尤其是大型化型號裝備發展對高強鋁合金提出了更高要求。大型化型號裝備要求其承載構件必須大型化和整體化，為了保證大型承載構件的心部性能，要求高強鋁合金必須具有更好的淬透性(淬火敏感性)。7075、7050、7055合金的成分設計只能滿足厚度在120mm以下結構件制造的要求，在厚度大于120mm的制品表面與心部性能差異較大，難以滿足航空航天對超大截面鋁合金材料的需求，為了解決這一難題，必須開發出能夠適用于生產大型，整體化結構件的低淬火敏感性合金。

中國專利CN104004946A公開了一種690-730MPa超高強度高淬透性鋁合金及其制備方法，這種鋁合金的單端淬透深度能夠達到80-100mm。中國專利CN102703782A公開了一種超高強高淬透性Al-Zn-Mg-Cu合金，這種鋁合金淬火后硬度最高能達到214HV，單端淬透深度約為82mm。但這兩個專利都只是給出了合金的主要成分，沒有提供這兩種鋁合金成分設計的方法。

近年來，美國和歐洲已經開發出以7136(Al-8.9Zn-2.2Mg-2.2Cu-0.15Zr)等為代表的最新一代具有強度級別更高、綜合性能更加平衡優化且具有良好淬透性的鋁合金，走在了世界前列，但是到目前為止，除了給出合金成分，其他技術仍對我國封鎖。

針對如何降低淬火敏感性的難題，很多研究機構和學者都提出了自己的觀點及方法，比如調整主要合金元素(Zn、Mg、Cu)的成分配比，減少淬火敏感性合金元素(Cu、Cr等)的含量，進一步降低和控制雜質元素(Fe、Si)含量等。但這些觀點及方法在一定層面上都存在局限性，有些情況下甚至是自相矛盾的，到目前為止，尚未有一種公認的更好的理論出現，也沒有一種能夠用于指導高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金成分設計的方法可供使用，這一定程度上制約了航空航天、武器裝備等工業的發展。

發明內容

本發明的目的是針對現在Al-Zn-Mg-Cu系高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金成分設計理論及方法缺失的問題，發明了一種能夠用于指導高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金成分設計的方法。

本發明的技術方案是：

一種設計高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要成分的方法，其特征在于在設計高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要成分時，為獲得高淬透性，在設計Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要成分的的質量百分比時，先計算主合金化元素原子Zn、Mg、Cu與Al原子的半徑差百分比總和δ，使得主合金化元素原子Zn、Mg、Cu與Al原子的半徑差百分比總和δ滿足0.059％≤δ≤0.344％；同時δ值在上述范圍內越小越好，通過代入公式計算，找到主合金化元素Zn、Mg、Cu各自在合金中所占的合適的質量百分比；為獲得高強度，其成分還應遵循以下原則，合金元素中Zn和Mg的質量百分數的比值應滿足4≤Wt_Zn/Wt_Mg≤5.5，Mg的質量百分數Wt_Mg應滿足1.4％≤Wt_Mg≤3.5％。

所述的原子半徑差百分比總和δ，其計算公式為Wt_Zn為Zn在鋁合金中所占質量百分數，Wt_Mg為Mg在鋁合金中所占質量百分數，Wt_Cu為Cu在鋁合金中所占質量百分數。

本發明的有益效果：

(1)本發明提出的一種設計高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要成分的方法，在國內外均屬首創，提出了一種全新的可靠的成分設計方法，解決了在高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金成分設計領域尚無公認且準確設計方法的問題。

(2)本發明通過大量的試驗和計算獲得了一種理想的設計高淬透性高強度Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金主要成分的方法，計算簡單方便，方法可靠。