一种航空航天用高耐损伤铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航空航天用高耐损伤铝合金，属于铝合金材料领域。
【背景技术】
[0002]铝合金材料具有密度小，比强度高，比刚度高，弹性好，抗冲击性能良好、耐腐蚀，高导电，高导热，易表面着色，易加工，可回收再生等优良特性，广泛应用于交通运输、建筑装饰、航空航天、机械电器、电子通讯、能源动力等行业。尤其在航空航天工业中，铝合金材料是首选的轻量化结构材料，因此用量非常大，同时航空航天工业对铝合金材料的性能要求也较苛刻。目前航空航天铝合金的研究开发目标已由过去单纯追求高强度转变为材料综合性能的整体提升，即在提高铝合金机械强度的同时进一步提高合金的耐损伤性能，从而延长铝合金的使用寿命和扩大铝合金的应用范围。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种不仅具有高强度和高韧性，还具有优异的耐损伤性能航空航天用高耐损伤铝合金及其制备方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种航空航天用高耐损伤铝合金，由以下重量百分比的元素组成=Cu 4.2-4.8、Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn 0.4-0.8, Nb 0.25-0.45, Bi 0.1-0.2, Fe 0.05-0.1、Zr 0.04-0.08、Si 0.03-0.05, Ga 0.025-0.035、Te 0.02-0.03, Er 0.015-0.025、Lu0.01-0.02，余量为 Al。
[0005]一种航空航天用高耐损伤铝合金的制备方法，包括以下步骤:按上述元素组成进行配料，将炉料依次投入熔炼炉中在730-760°C下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为720-740°C，加入精炼剂精炼15-20min，扒渣后静置20_30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以150-200°C /h升温至380-420°C，保温3_5h，再以 50-80°C /h 升温至 510-530°C，保温 5_8h，然后以 100-150°C /h 降温至 220_240°C，保温2-3h，再以80-120°C /h升温至420-460°C，保温4-6h，然后以120_160°C /h降温至150-170°C，保温 l_2h，再以 100-150°C /h 升温至 460_490°C，保温 4_8h，然后以 70_90°C /h降温至280-320 V，保温3-4h，再放入0_5 V冰盐水中水淬至40-50 °C;取出合金以80-90 V /h升温至160-180°C，保温12-16h，再以40_50°C /h降温至70_80°C，保温15_20h，然后以50-600C /h 升温至 180-200°C，保温 10_15h，再以 45_55°C /h 降温至 80_90°C，保温 14_18h，空冷至室温，然后以85-95°C /h升温至170-190°C，保温12_16h，再以40_50°C /h降温至75-85°C，保温15-20h，空冷至室温即可。
[0006]所述精炼剂的制备方法如下:a.称取以下重量份的原料:氯化钠10-15、氯化钾5-10、碳酸钠3-6、氟化镁4-8、氟娃酸钠3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5-10、硅藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110_120°C干燥l_2h，再在760_820°C煅烧20-30min，升温至1200-1250°C继续煅烧l_2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。
[0007]本发明的有益效果:
本发明通过添加适量的B1、Ga、Nb等元素，增大了强化相的析出密度并使其分布均匀，阻碍了晶界的移动，使得再结晶晶粒的长大得到明显抑制，细化了晶粒，强化了晶界；同时添加微量的Er、Lu稀土元素微合金化作用，形成与基体共格的弥散相保持形变回复亚晶组织，形变热处理改善析出相的分布均匀性，可以有效提高疲劳裂纹扩展阻力；从而同时提升合金的耐损伤性能和力学性能。本发明制得的铝合金材料综合性能优异，强度高，韧性好，具有优异的耐损伤、抗疲劳性能，经久耐用，使用范围广，应用前景广阔。
【具体实施方式】
[0008](I)按照重量百分比的元素组成为:Cu 4.2-4.8, Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn0.4-0.8、Nb 0.25-0.45、Bi 0.1-0.2, Fe 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Si 0.03-0.05, Ga
0.025-0.035、Te 0.02-0.03、Er 0.015-0.025、Lu 0.01-0.02，余量为 Al 进行配料；
(2)将炉料依次投入熔炼炉中在745°C下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为730°C，加入精炼剂精炼15min，扒渣后静置25min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以180°C /h升温至380°C，保温5h，再以70°C /h升温至515°C，保温7h，然后以120°C /h降温至230°C，保温2h，再以100°C /h升温至440°C，保温5h，然后以1400C /h降温至160°C，保温lh，再以120°C /h升温至480°C，保温5h，然后以80°C /h降温至300°C，保温4h，再放入2°C冰盐水中水淬至45°C ;取出合金以90°C /h升温至180°C，保温12h，再以50°C /h降温至75°C，保温18h，然后以60°C /h升温至195°C，保温12h，再以500C /h降温至90°C，保温14h，空冷至室温，然后以90°C /h升温至180°C，保温14h，再以450C /h降温至80°C，保温18h，空冷至室温即可。
[0009]上述精炼剂的制备方法如下:a.称取以下重量(kg)的原料:氯化钠15、氯化钾8、碳酸钠4、氟化镁6、氟硅酸钠4、赤泥8、草木灰3、冰晶石10、白云石8、硅藻土 6、重晶石8 ;b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过250目筛，然后加入适量的水湿法球磨24h，120°C干燥Ih，再在820°C煅烧20min，升温至1220°C继续煅烧2h，水淬，湿法球磨，烘干，过300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过300目筛即可。
[0010]经检验，制得的铝合金化学成分为:Cu 4.48%、Mg 1.35%、L1.97%、Mn 0.62%、Nb
0.34%、Bi 0.18%、Fe 0.061%、Zr 0.073%、Si 0.044%、Ga 0.028%、Te 0.022%、Er 0.019%、Lu 0.015%，余量为Al ;力学性能为:抗拉强度612MPa，屈服强度556MPa，伸长率19.3%。
【主权项】
1.一种航空航天用高耐损伤铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成:Cu 4.2-4.8, Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn 0.4-0.8, Nb 0.25-0.45, Bi 0.1-0.2,Fe 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Si 0.03-0.05, Ga 0.025-0.035、Te 0.02-0.03, Er0.015-0.025、Lu 0.01-0.02，余量为 Al。
2.如权利要求1所述的航空航天用高耐损伤铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤:按上述元素组成进行配料，将炉料依次投入熔炼炉中在730-760°C下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为720-740°C，加入精炼剂精炼15-20min，扒渣后静置20_30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以150-200°C /h升温至380-420°C，保温 3-5h，再以 50-80°C /h 升温至 510_530°C，保温 5_8h，然后以 100-150°C /h降温至220-240 °C,保温2-3h，再以80-120 V /h升温至420-460 °C，保温4_6h，然后以 120-160°C /h 降温至 150-170°C，保温 l_2h，再以 100-150°C /h 升温至 460_490°C，保温4-8h，然后以70-90°C /h降温至280-320°C，保温3_4h，再放入0-5°C冰盐水中水淬至40-500C ;取出合金以80-90°C /h升温至160_180°C，保温12_16h，再以40_50°C /h降温至70-80°C，保温 15-20h，然后以 50-60°C /h 升温至 180_200°C，保温 10_15h，再以 45_55°C /h降温至80-90°C，保温14-18h，空冷至室温，然后以85-95°C /h升温至170_190°C，保温12-16h，再以40-50°C /h降温至75-85°C，保温15_20h，空冷至室温即可。
3.根据权利要求2所述的航空航天用高耐损伤铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的制备方法如下:a.称取以下重量份的原料:氯化钠10-15、氯化钾5-10、碳酸钠3-6、氟化镁4-8、氟娃酸钠3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5_10、娃藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12_24h，110-120°C干燥I _2h，再在760-820 °C煅烧20-30min，升温至1200-1250°C继续煅烧l_2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。
【专利摘要】本发明公开了一种航空航天用高耐损伤铝合金及其制备方法，其由以下重量百分比的元素组成：Cu4.2-4.8、Mg1.1-1.6、Li0.6-1.2、Mn0.4-0.8、Nb0.25-0.45、Bi0.1-0.2、Fe0.05-0.1、Zr0.04-0.08、Si0.03-0.05、Ga0.025-0.035、Te0.02-0.03、Er0.015-0.025、Lu0.01-0.02，余量为Al。本发明制得的铝合金材料综合性能优异，强度高，韧性好，具有优异的耐损伤、抗疲劳性能，经久耐用，使用范围广，应用前景广阔。
【IPC分类】C22C1-06, C22C21-16, C22C1-02, C22F1-057
【公开号】CN104862562
【申请号】CN201410065697
【发明人】胡蔚
【申请人】成都智利达科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月26日