一种高强度大规格铝合金扁锭的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金扁锭的制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着航空飞行器不断向大型化、整体化、轻量化和长寿命方向发展，对机体铝合金 材料提出的要求：1)实现结构减重；2)结构承载和功能一体化；3)提高机体使用寿命；4) 高可靠性和可维修性；5)低制造成本和低使用维修成本。这就要求铝合金具有高比强度、 比刚度、抗断裂韧性、耐疲劳性能、低疲劳裂纹扩展速率和耐蚀性能等综合性能的匹配。开 发具有更佳综合性能的新型铝合金刻不容缓，特别是我国新型铝合金的研宄储备严重不 足，尚未开展具有600MPa强度级高耐蚀高韧性铝合金预拉伸厚板的系统研宄工作。
[0003] 针对未来大飞机耐久性损伤容限和防腐蚀性能设计要求，选材时把600MPa强度 级高耐蚀高韧性铝合金板材列为重要的结构材料是必然趋势，既可减轻飞机重量，又体现 大型飞机的先进性。国内针对此类材料的相关研宄工作处于试验室阶段，所试制样品存在 各项综合性能平衡不理想、基础理论研宄不足等问题，还尚未开展过此类材料的相关工程 化研宄工作，工业化条件下试制典型规格产品仍属于空白。因此，迫切需要通过工业化生产 该合金大规格扁铸锭来完善系统研宄，形成具有自主知识产权的新型600MPa强度级高耐 蚀高韧性铝合金成分设计及相关板材加工技术，实现性能稳定、质量可靠的新型600MPa强 度级高耐蚀高韧性铝合金预拉伸板制品的小批量生产能力，为大量未来国产先进武器装备 的研制提供国际领先的铝合金预拉伸板及其制备技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要解决现有技术制备的铝合金厚板的合金化程度低，强度低于 600MPa和不能大批量生产的问题，而提供一种高强度大规格铝合金扁锭的制造方法。
[0005] 一种高强度大规格铝合金扁锭的制造方法是按以下步骤完成的：
[0006] -、称料：按质量分数为 L 7%~2. 3% Cu、l. 8%~2. 6% Mg、8. 6%~9. 6% Zn、 0· 08%~0· 15% Zr、0. 015%~0· 04% Ti、0. 003%~0· 008% B 和余量 Al 称取高纯铝锭、 Al-Cu中间合金、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Ti-B丝和Al-Zr中间合金；
[0007] 二、熔炼：将步骤一中称取的高纯铝锭、Al-Cu中间合金、纯Mg锭、纯Zn锭和Al-Zr 中间合金和Al-Be中间合金加入到电阻熔化炉中，再在温度为720°C~760°C下熔炼，熔炼 速度为800kg/h，再加入Al-Ti-B丝，再在温度为720°C~760°C和搅拌速度为lm/s~I. 5m/ s的条件下搅拌5min~10min，得到错合金恪液；
[0008] 步骤二中所述的Al-Be中间合金与高纯铝锭、Al-Cu中间合金、纯Mg锭、纯Zn锭、 Al-Ti-B丝和Al-Zr中间合金的总质量比为（1~3) : 100000 ;
[0009] 三、精炼：将铝合金熔液在氩气气氛和温度为710 °C~730 °C下精炼5min~ 10min，得到精炼后的铝合金熔液；
[0010] 四、制备铸造熔体：将精炼后的铝合金熔液导入到静置炉中，再向静置炉中加入 2#熔剂，再在温度为700°C~720°C和氩气和氯气的混合气氛下精炼IOmin~20min，再在 温度为700°C~720°C下静置20min~30min，得到铸造熔体；
[0011] 步骤四中所述的精炼后的铝合金熔液与2#熔剂的质量比为（50~100) : 1 ;
[0012] 五、成型：使用结晶器将铸造熔体在温度为700°C~720°C、铸造速度为50mm/ min~55mm/min、冷却水压力为(λ 015MPa~(λ 030MPa和冷却水温度为15°C~25°C的条件 下进行铸造，得到高强度大规格铝合金扁锭。
[0013] 本发明步骤一中所述的高纯铝锭中铝含量为99. 996%。
[0014] 本发明的优点：
[0015] -、本发明采用电阻熔化炉熔化、同时加入Al-Be中间合金，保证熔体纯净度；
[0016] 二、本发明采用高纯铝投料，同时使用氩气和氯气的混合气精炼熔体严格控制杂 质元素 Fe、Si及其他有害元素 Na、K、H等的含量，以减少对断裂韧性和耐蚀性的不利影响；
[0017] 三、本发明制备的高强度大规格铝合金扁锭中Zn、Mg和Cu的总质量达12. 1% 以上，使得本发明制备的高强度大规格铝合金扁锭在时效过程中脱溶出数量更多的具有 MgZr^t学式的、与基体共格或半共格的析出相来提高本发明制备的高强度大规格铝合金 扁锭的强度；
[0018] 四、本发明在制备铸造熔体中加入2#熔剂，增强了对精炼后的铝合金熔液的精炼 效果，提高了冶金质量，对制备高强度大规格铝合金扁锭起到了积极的效果；
[0019] 五、本发明在熔炼过程中加入Al-Ti-B丝，进一步细化了晶粒，减小了成分偏析， 增加了高强度大规格铝合金扁锭抵抗裂纹的能力；
[0020] 六、本发明制备的高强度大规格铝合金扁锭的高强度大规格铝合金扁锭的厚度为 420mm，宽为 1 320mm ；
[0021] 七、本发明制备的高强度大规格铝合金扁锭的规定比例伸长应力150N/mm2~ 190N/mm2,抗拉强度195N/mm2~245N/mm 2,延伸率1 %~7% (铸态）。
[0022] 本发明可获得一种高强度大规格铝合金扁锭的制造方法。
【附图说明】
[0023] 图1为实施例三制备的高强度大规格铝合金扁锭取样示意图；
[0024] 图2为实施例三制备的高强度大规格铝合金扁锭上1#处取的试样放大200倍的 金相照片；
[0025] 图3为实施例三制备的高强度大规格铝合金扁锭上1#处取的试样放大1000倍的 金相照片；
[0026] 图4为实施例三制备的高强度大规格铝合金扁锭上5#处取的试样放大1000倍的 金相照片。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0027] 一：本实施方式是一种高强度大规格铝合金扁锭的制造方法是按以 下步骤完成的：
[0028] 一、称料：按质量分数为 L 7%~2. 3% Cu、l. 8%~2. 6% Mg、8. 6%~9. 6% Zn、 0· 08%~0· 15% Zr、0. 015%~0· 04% Ti、0. 003%~0· 008% B 和余量 Al 称取高纯铝锭、 Al-Cu中间合金、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Ti-B丝和Al-Zr中间合金；
[0029] 二、熔炼：将步骤一中称取的高纯铝锭、Al-Cu中间合金、纯Mg锭、纯Zn锭和Al-Zr 中间合金和Al-Be中间合金加入到电阻熔化炉中，再在温度为720°C~760°C下熔炼，熔炼 速度为800kg/h，再加入Al-Ti-B丝，再在温度为720°C~760°C和搅拌速度为lm/s~I. 5m/ s的条件下搅拌5min~lOmin，得到错合金恪液；
[0030] 步骤二中所述的Al-Be中间合金与高纯铝锭、Al-Cu中间合金、纯Mg锭、纯Zn锭、 Al-Ti-B丝和Al-Zr中间合金的总质量比为（1~3) : 100000 ;
[0031] 三、精炼：将铝合金熔液在氩气气氛和温度为710 °C~730 °C下精炼5min~ lOmin，得到精炼后的铝合金熔液；
[0032] 四、制备铸造熔体：将精炼后的铝合金熔液导入到静置炉中，再向静置炉中加入 2#熔剂，再在温度为700°C~720°C和氩气和氯气的混合气氛下精炼IOmin~20min，再在 温度为700°C~720°C下静置20min~30min，得到铸造熔体；
[0033] 步骤四中所述的精炼后的铝合金熔液与2#熔剂的质量比为（50~100) : 1 ;
[0034] 五、成型：使用结晶器将铸造熔体在温度为700°C~720°C、铸造速度为50mm/ min~55mm/min、冷却水压力为(λ 015MPa~(λ 030MPa和冷却水温度为15°C~25°C的条件 下进行铸造，得到高强度大规格铝合金扁锭。
[0035] 本实施方式步骤一中所述的高纯铝锭中铝含量为99. 996%。
[0036] 本实施方式的优点：
[0037] 一、本实施方式采用电阻熔化炉熔化、同时加入Al-Be中间合金，保证熔体纯净 度；
[0038] 二、本实施方式采用高纯铝投料，同时使用氩气和氯气的混合气精炼熔体严格控 制杂质元素 Fe、Si及其他有害元素 Na、K、H等的含量，以减少对断裂韧性和耐蚀性的不利 影响；
[0039] 三、本实施方式制备的高强度大规格铝合金扁锭中Zn、Mg和Cu的总质量达12. 1% 以上，使得本实施方式制备的高强度大规格铝合金扁锭在时效过程中脱溶出数量更多的具 有MgZr^t学式的、与基体共格或半共格的析出相来提高本发明制备的高强度大规格铝合 金扁锭的强度；
[0040] 四、本实施方式在制备铸造熔体中加入2#熔剂，增强了对精炼后的铝合金熔液的 精炼效果，提高了冶金质量，对制备高强度大规格铝合金扁锭起到了积极的效果；
[0041] 五、本实施方式在熔炼过程中加入Al-Ti-B丝，进一步细化了晶粒，减小了成分偏 析，增加了高强度大规格铝合金扁锭抵抗裂纹的能力；
[0042] 六、本实施方式制备的高强度大规格铝合金扁锭的高强度大规格铝合金扁锭的厚 度为 420mm，宽为 1320mm ;
[0043] 七、本实施方式制备的高强度大规格铝合金扁锭的规定比例伸长应力150N/mm2~ 190N/mm2,抗拉强度195N/mm2~245N/mm 2,延伸率1 %~7% (铸态）。
[0044] 本实施方式可获得一种高强度大规格铝合金扁锭的制造方法。
【具体实施方式】 [0045] 二：本实施方式与一不同点是：步骤二