专利名称：：一种新型超高强铝合金及其制备方法
技术领域：
：本发明是一种新型超高强铝合金及其制备方法，属于金属材料工程领域。
背景技术：
：近年来，随着铝冶金装备技术及冶金学基础技术水平的提高，已经出现了通过熔铸技术制造的650MPa级及通过粉末冶金技术制造800MPa级的铝合金。结合刚性设计需求，性能稳定的传统熔铸工艺生产的800MPa级低成本铝合金在航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域具有广阔的应用前景。600MPa级铝合金已经工业化应用，目前达到工业化应用水平的超高强铝合金有美国7055(Al-8%Zn-2.OMg-2.2%Cu-O.10%Zr)、7068(Al-7.8%Zn_2.5Mg_2.0%Cu-O.10%Zr)及俄罗斯B96系(Al-8.5%Zn_2.6Mg_2.3%Cu_0.15%Zr)铝合金。国内也发展650MPa级铝合金，并已进行工业化生产。本发明是一种800MPa级铝合金的制备方法。
发明内容本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种新型超高强铝合金及其制备方法，该种新型超高强铝合金是一种Al-Zn-Mg-Cu系合金，采用该合金材料及制备方法方法生产的新型铝合金制品具有优异的强度，其极限抗拉强度可达SOOMPa以上，同时延伸率高于8%。该材料制品可用于航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域的结构元件。本发明技术方案中提出了一种新型超高强铝合金，该合金的化学成分及重量百分比为Zn10.613.0%，Mg1.62.6%，Cu1.62.6%，Si《0.1%，Fe《0.15%，Ti《0.1%，其它杂质单个《0.05%，总量《0.15X，余量为A1。在该合金的化学成分中增加Zr、Cr或V中的13种，其重量百分比为Zr0.060.2，Cr0.100.30%，V0.10.5%。本发明技术方案中还提出了制备上述新型超高强铝合金的方法，其特征在于该方法的步骤是(1)按合金的化学成分及重量百分比要求配料；(2)在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为680°C780°C;(3)对完全熔化的金属液进行精炼，精炼时金属温度维持在690°C75(TC的范围内；(4)精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；(5)充分静置后开始浇铸，炉口温度维持在70(TC72(rC的范围内，浇铸速度为15200mm/分钟;(6)在加热炉内对合金铸锭进行优选均匀化处理，采用双级均匀化工艺，第一级均匀化温度为400°C43(TC，第二级均匀化温度为450°C480°C;(7)将均匀化后的铸锭扒皮后，进行热挤压、热轧制及热锻等任一工艺加工成形，3成形过程中坯料应保持在350°C44(TC的温度；(8)成形后毛坯经峰值时效或过时效热处理，随后加工成所需零部件。步骤(8)中采用的热处理固溶温度为450°C475°C。步骤(8)中热处理采用的峰值时效热处理工艺为在90°C18(TC加热164小时。步骤(8)中热处理采用双级过时效，其工艺为第一级在8(TC13(TC加热210小时；第二级在145°C185t:加热328小时。步骤(8)中热处理采用多级过时效，其工艺为第一级在8(TC13(TC加热210小时；第二级在145°C185t:加热328小时；第三级在80°C13(TC加热150小时。步骤(8)中热处理采用回归时效，其工艺为第一级在80°C13(TC加热210小时；第二级在165°C20(TC加热0.13小时，水冷；第三级在80°C13(TC加热1100小时。具体实施例方式以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述表一给出了本发明所提出的新型超高强铝合金化学成分及重量百分比实施例。表1:新型超高强铝合金化学成分及重量百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>该合金的制备工艺的步骤是(1)按合金的化学成分及重量百分比要求配料，其中合金元素Zr、Cr与V可选择一种、二种或三种同时加入；(2)在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为680°C780°C;(3)对完全熔化的金属液进行精炼，精炼时金属温度维持在690°C75(TC的范围内；(4)精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；(5)充分静置后开始浇铸，炉口温度维持在700°C720°C的范围内，浇铸速度为15200mm/分钟，浇铸出小120mm圆锭；(6)在加热炉内对合金铸锭进行优选均匀化处理，采用双级均匀化工艺，第一级均匀化温度为400°C43(TC，第二级均匀化温度为450°C480°C;(7)将均匀化后的铸锭扒皮后，进行热挤压、热轧制及热锻等任一工艺加工成形，锻件尺寸为30mmX200mmX600mm，成形过程中坯料应保持在350°C44(TC的温度；(8)成形后毛坯经峰值时效或过时效热处理，随后加工成所需零部件；成形后毛坯经465°C475t:淬火后，选择时效工艺为下述之一1.锻件在468t:固溶处理，淬火介质中急冷，采用峰值时效热处理，其工艺为在90°C180。C加热164小时。2.采用双级过时效热处理，其工艺为第一级在80°C13(TC加热210小时；第二级在145。C185。C加热310小时。3.采用多级过时效热处理，其工艺为第一级在8(TC13(TC加热210小时；第二级在145°C185。C加热310小时；第三级在80°C130。C加热150小时。4.采用回归时效热处理，其工艺为第一级在80°C13(TC加热210小时；第二级在170°C200。C加热0.13小时，水冷；第三级在80°C130。C加热1100小时。表2为不同时效工艺的锻件性能。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3为采用峰值时效处理时锻件性能表3铸锭号拉伸性能铸锭号拉伸性能ob/MPaS/%ob/MPa.S/o/o2518208.12588258.22558308.22608458.22568058.92678158.72578108.72688258.6从上述性能分析可能看出，本发明所述的新型超高强铝合金材料的显微组织均匀、性能稳定，极限抗拉强度可达800MPa以上，同时延伸率高于8%。合金性能稳定，在航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域有很好的应用。权利要求一种新型超高强铝合金，其特征在于该合金的化学成分及重量百分比为Zn10.6～13.0％，Mg1.6～2.6％，Cu1.6～2.6％，Si≤0.1％，Fe≤0.15％，Ti≤0.1％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的新型超高强铝合金，其特征在于在该合金的化学成分中增加Zr、Cr或V中的13种，其重量百分比为ZrO.060.2，Cr`0.100.30%，V0.10.5%。3.制备上述权利要求1所述的新型超高强铝合金的方法，其特征在于该方法的步骤是(1)按合金的化学成分及重量百分比要求配料；(2)在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为680°C780°C;(3)对完全熔化的金属液进行精炼，精炼时金属温度维持在69(TC75(TC的范围内；(4)精炼后应进行充分静置，静置时间不低于30分钟；(5)充分静置后开始浇铸，炉口温度维持在70(TC72(TC的范围内，浇铸速度为15200mm/分钟；(6)在加热炉内对合金铸锭进行优选均匀化处理，采用双级均匀化工艺，第一级均匀化温度为400°C430。C，第二级均匀化温度为450°C480°C;(7)将均匀化后的铸锭扒皮后，进行热挤压、热轧制及热锻等任一工艺加工成形，成形过程中坯料应保持在350°C44(TC的温度；(8)成形后毛坯经峰值时效或过时效热处理，随后加工成所需零部件。4.根据权利要求3所述的制备新型超高强铝合金的方法，其特征在于步骤(8)中采用的热处理固溶温度为450°C475°C。5.根据权利要求3所述的制备新型超高强铝合金的方法，其特征在于步骤(8)中热处理采用的峰值时效热处理工艺为在90°C18(TC加热164小时。6.根据权利要求3所述的制备新型超高强铝合金的方法，其特征在于步骤(8)中热处理采用双级过时效，其工艺为第一级在8(TC13(TC加热2IO小时；第二级在145。C185。C加热328小时。7.根据权利要求3所述的制备新型超高强铝合金的方法，其特征在于步骤(8)中热处理采用多级过时效，其工艺为第一级在8(TC13(TC加热2IO小时；第二级在145°C185。C加热328小时；第三级在80°C130。C加热150小时。8.根据权利要求3所述的制备新型超高强铝合金的方法，其特征在于步骤(8)中热处理采用回归时效，其工艺为第一级在80°C13(TC加热2IO小时；第二级在165t:2Q0。C加热0.13小时，水冷；第三级在8Q。C130。C加热1100小时。全文摘要本发明涉及到一种新型超高强铝合金及其制备方法。按重量百分比计，其合金成分为Zn10.6～13.0％，Mg1.6～2.6％，Cu1.6～2.6％，Zr0.06～0.2，Cr0.10～0.30％，V0.1～0.5％，Si≤0.1％，Fe≤0.15％，Ti≤0.1％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。其中合金元素Zr、Cr与V可选择或同时加入。按合金成分配料，将原料熔化，经炉内精炼、静置后，浇注成所需规格的合金锭。合金锭经优选均匀化后可通过热挤压、热轧制及热锻等任一工艺加工成形，经优选热处理后可供加工零件使用。本发明一种新型超高强铝合金材料的显微组织均匀、性能稳定，极限抗拉强度可达800MPa以上，同时延伸率高于8％。该材料制品可用于航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域的结构元件。文档编号C22C1/06GK101698914SQ20091021097公开日2010年4月28日申请日期2009年11月13日优先权日2009年11月13日发明者冯朝辉,卢健,孙刚,张显峰,王建国,王强,王胜强,陆政申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院