[发明专利]一种铝合金材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料领域，涉及一种铝合金材料的制备方法，特别是涉及一种高强高韧高淬透的铝合金材料的制备方法。

背景技术

高强高韧、高淬透及高抗腐蚀性能的铝合金板材，被广泛运用于航空航天工业。近年来随着飞机减重和安全性的要求，航空领域开始使用大型整体式铝合金结构件，获得了很好的减重效果，安全性也得到极大的提高。与此同时，就需要大规格高性能的铝合金板材，所需板材的厚度越来越厚。而板材越厚，沿厚度方向的性能差异就越大，往往厚板心层的性能达不到使用要求。同时，铝合金厚板用于航空工业也具有“水桶效应”，由于厚板心层性能不达标而限制了对其的使用。因此，高强高韧高淬透的7000系铝合金是飞机用大型整体式结构件制造的关键材料。大型化和整体化的飞机结构件对高性能铝合金厚板生产过程中的热变形及热处理环节提出了前所未有的挑战，其中铝合金厚板淬透性就是最致命的问题之一。

而现有的技术方案，是通过优化合金成分，降低合金中淬火敏感的Mg和Cu元素含量，提高合金中的Zn含量，提高Zn/Mg比值，严格控制微量元素Cr、Mn和Ti以及杂质元素Fe、Si的含量，开发出以7085、7081合金为代表的新一代航空用合金，满足了厚度300mm以下厚板及锻件制造的需求。

因此，现有技术的缺点主要体现在：

（1）表层力学性能比起成熟牌号如7050、7055等稍显不足；

（2）只能满足厚度300mm以下厚板及锻件制造的需求；

（3）在板材厚度要求100mm以下的情况下不具有明显优势，还不足以完全取代7050、7055等常用合金。

发明内容

为克服现有技术中存在的航空厚板的力学性能低、厚板厚度有限的缺点，本发明的目的是提供一种创新的生产方法来制备高强高韧高淬透铝合金材料，从而提高其力学性能，并且能制造厚板及锻件厚度超过300mm的航空用铝合金。

为实现上述目的，本发明使用的技术方案为：

一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按重量取各金属材料，各金属材料的成分组成和重量百分 比 为：Zn 8~12wt%，Mg 1.0~2.4wt%，Cu 0.4~2.2wt%，Zr 0.05~0.25wt%，余量为Al及不可避免的杂质，并且，4.5≤Zn/Mg≤6，0.65≤Cu/Mg≤0.95；

S2：将上述的各金属材料都投至高温熔炼炉内进行熔炼，在熔炼过程中不断调整各金属材料的比例，直至满足预定的要求；

S3：将步骤S2所得的金属液进行铸造，得到锭坯；

S4：将步骤S3所得的锭坯进行均热处理；

S5： 将步骤S4所得的锭坯的头尾切除并进行铣面，锯切成400～600mm厚，1500~2000mm宽的坯料；

S6：将步骤S5所得的坯料在350～450℃下预热4~20小时，得到铸锭；

S7：将步骤S6所得的铸锭轧制成厚度为50~400mm的厚板；

S8：将步骤S7所得的厚板送到辊底炉内进行固溶淬火处理；

S9：将步骤S8所得的板材进行拉伸处理，拉伸量为1%～3%；

S10：将步骤S9所得的板材进行时效处理；

S11：将步骤S10所得的板材进行检验，获得合格的成品板材；

S12：将步骤S11所得的合格的成品板材按需求的规格进行锯切。

优选的，所述步骤S1中各金属材料的成分组成和重量百分比为：Zn 9~11wt%，Mg 1.2~2.2wt%，Cu 0.6~2.0wt%，Zr 0.10~0.20wt%，余量为Al及不可避免的杂质，并且，4.5≤Zn/Mg≤6，0.65≤Cu/Mg≤0.95。

优选的，所述步骤S2中的熔炼过程包括除气除渣工序和过滤工序。

优选的，所述步骤S3中的铸造采用激冷的铸造技术，其中，铸造温度为670~725℃，铸造速度为30~50mm/min，铸造水流量为10~35m³/h，铸造水温为15~35℃。

优选的，所述步骤S4中的均热处理采用多级逐步升温的均匀化技术。

优选的，所述多级逐步升温的均匀化技术为：第一级，温度 300～420℃，时间 12～48h；第二级，温度 425～450℃，时间 12～36h；第三级，温度 455～475℃，时间 12～24h；第四级，温度 476～495℃，时间 10～20h。

优选的，所述步骤S4中的均热处理采用先高温后低温再高温的均匀化技术。