[發(fā)明專利]一種超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金板材及其制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110325069.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113373354B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鑫;張浩宇;張志鵬;車欣;周舸;蔣學(xué)禹;陳立佳;李鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C21/10
• 分類號(hào): C22C21/10;C22C1/03;C21D8/02;C22F1/053
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 寧佳

本發(fā)明的一種超高強(qiáng)Al?Zn?Mg?Cu?Sc?Zr合金板材及其制備工藝，合金組分包括Zn6.5～7％、Mg 1.8～2.3％、Cu 1.9～2.4％、Sc 0.18～0.22％、Zr 0.08～0.12％，Si≤0.1％、Fe≤0.15％、Mn≤0.05％、Cr≤0.04％、Ti≤0.06％，余量為Al。制備時(shí)，按比例熔煉澆注保溫后，軋制獲得合金板材，經(jīng)過(guò)(480?490℃)×(0.5?1.5h)固溶處理和(140?160℃)×(17?19h)+(190?210℃)×(0.5?1.5h)+(150?170℃)×(17?19h)回歸再時(shí)效處理，制得超高強(qiáng)Al?Zn?Mg?Cu?Sc?Zr合金板材，本發(fā)明在Al?Zn?Mg?Cu系合金基礎(chǔ)上添加適量Sc和Zr元素，并通過(guò)熱軋和熱處理，可以使大尺寸的析出相回溶，使析出相整體細(xì)小彌散，通過(guò)控制合金組織，獲得高強(qiáng)度高塑性合金板材。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于合金板材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金板材及其制備工藝。

背景技術(shù)：

7XXX系合金是在Al-Zn-Mg合金基礎(chǔ)上通過(guò)添加Cu發(fā)展起來(lái)的，其強(qiáng)度高于2xxx系鋁合金，一般稱為超高強(qiáng)鋁合金。超高強(qiáng)鋁合金具有密度低、比強(qiáng)度高、熱加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，其研究和應(yīng)用一直倍受關(guān)注。

最初的7XXX系合金是由韋伯于1932年提出的，在Al-Zn-Mg合金中添加Cu的同時(shí)加入了少量Mn，開(kāi)發(fā)出世界上第一種以Al-Zn-Mg-Cu為基的高強(qiáng)鋁合金。但由于合金具有較高的應(yīng)力腐蝕敏感性(SCC)而未得到實(shí)際應(yīng)用。1936年，日本學(xué)者五十嵐第一次將Cr加入到Al-Zn-Mg-Cu合金中，開(kāi)發(fā)出著名的ESD超硬合金(Al-7.5％Zn-l.5％Mg-2％Cu-0.6％Mn-0.25％Cr)，這種合金具有600MPa以上的強(qiáng)度和較好的抗應(yīng)力腐蝕性能，該合金最先在飛機(jī)制造業(yè)中獲得實(shí)際應(yīng)用。在ESD合金研究的基礎(chǔ)上，各國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了一批含有少量Cr、Mn的7xxx系鋁合金。1943年美國(guó)開(kāi)發(fā)出了7075合金，并第一次應(yīng)用于B-29型轟炸機(jī)上，給飛機(jī)結(jié)構(gòu)和性能帶來(lái)革命性變化，為超高強(qiáng)鋁合金的飛速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1954年，在7075合金的基礎(chǔ)上提高Zn、Mg和Cu的含量，開(kāi)發(fā)出了強(qiáng)度高于7075-T651合金的7178-T651合金。該合金強(qiáng)度雖高，但斷裂韌性太差，在波音747飛機(jī)上被7075-T651合金替代。1960年，開(kāi)發(fā)出二級(jí)時(shí)效工藝T73，并應(yīng)用于7075合金，解決了厚截面的SCC問(wèn)題。60年代中期開(kāi)發(fā)了T76時(shí)效工藝，使合金強(qiáng)度較T73有所提高，且抗應(yīng)力腐蝕和抗剝蝕性能滿足使用要求。1968年，美國(guó)鋁業(yè)公司在7001合金的基礎(chǔ)上，增加Mg、Zn含量，降低Cu、Cr含量，開(kāi)發(fā)出7049合金。1969年在7075合金基礎(chǔ)上，通過(guò)降低Fe、Si含量，控制Cr含量，調(diào)整Mn、Cu含量以提高斷裂韌性，研制出7xxx系斷裂韌性最高的7475合金，該合金除了成分差別外，加工工藝也有所改變，通過(guò)調(diào)整晶粒度、均勻性、E相(Al₁₂Mg₂Cr)的尺寸和質(zhì)點(diǎn)間距，使其韌性得到改善。1971年，美國(guó)以7075為基礎(chǔ)，增加了Zn、Cu含量和Cu/Mg比值來(lái)提高強(qiáng)度，用添加Zr代替Cr來(lái)克服淬火敏感性問(wèn)題和調(diào)整晶粒尺寸，開(kāi)發(fā)出了強(qiáng)度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能較高的7050合金，并于同年在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)登記注冊(cè)。80年代，Alcoa公司進(jìn)行了大量研究，在7050和7150合金的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低Si、Mn雜質(zhì)元素的含量，提高Zn/Mg比值，研制成功7055合金，并于1993年申請(qǐng)到專利。在50年代末至80年代末期間開(kāi)發(fā)出一系列高水平的Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金。在俄羅斯的鋁合金牌號(hào)中，Ц為含Zr合金，ЦЧ為高純合金，0Ч為最高純合金。1948年開(kāi)發(fā)出B95合金，與美國(guó)的7075合金相近。1956年，在深入研究Al-Zn-Mg-Cu基礎(chǔ)上，世界上首次在Al-Zn-Mg-Cu系合金中添加Zr來(lái)代替Cr，研制出合金化程度和強(qiáng)度最高的B96合金；1968年通過(guò)降低雜質(zhì)Fe含量和添加Mn元素，開(kāi)發(fā)出B96_Ц-1合金；1970年通過(guò)進(jìn)一步降低Fe、Si雜質(zhì)含量，同時(shí)降低主合金元素，又開(kāi)發(fā)出塑性較好而強(qiáng)度略有降低的B96_Ц-3。全蘇輕合金研究所和全蘇航空材料研究所繼1948年研制出B95合金后，通過(guò)降低Fe、Si雜質(zhì)含量，于1971年開(kāi)發(fā)出B95_ЦЧ，和B95_OЧ，這兩種合金不僅用來(lái)制造伊爾96-300型和圖204型飛機(jī)，而且現(xiàn)今還用來(lái)制造蘇-27和蘇-30飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。