[发明专利]一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金及制备方法

说明书

本发明涉及航空航天用超高强超高韧铝合金材料的成份调控、加工与热处理工艺，特别针对航空航天所需的高强高韧高淬透性的铝合金要求，提出一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系超高强铝合金及制备方法，属于铝合金技术领域。所述铝合金各组分及其质量百分比为：Zn 7.2～9.5％,Mg 1.2～2.5％,Cu 1.3～1.9％,Zr 0.08～0.15％,Ti 0.05％,Mn 0.05％,Cr 0.04％,Fe<0.05％,Si<0.05％，杂质总量<0.15％，余量为Al。与现有此类铝合金相比，按本发明技术方案无需提高成本，可实现强度韧性和高淬透性的综合性能；本发明的制备与热处理过程中无废水废气排放，无污染，对于设备的要求较低，有利于工业化生产和推广应用。

技术领域

本发明涉及航空航天用超高强超高韧铝合金材料的成份调控、加工与热处理工艺，特别针对航空航天所需的高强高韧高淬透性的铝合金要求，提出一种 Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金及制备方法，属于铝合金技术领域。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金由于具有高的比强度、比模量、良好的导电导热耐蚀性、优良的切削性能等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、船舶、化学工业及民用工业。随着世界航空航天事业广泛发展，对高强度铝合金的要求也越来越高。但强度提高一般会引起合金塑性下降，要得到高强度高塑性的合金，必须解决强度与韧性制约的矛盾，使得综合性能得以提升。同时，为满足大件航空航天用材的需求，必须保证铝合金在高强高韧的同时具有良好的淬透性，即强化相在析出的过程对温度梯度不能过于敏感。

铝合金性能的优化与改善主要通过五种途径实现：一是主合金元素调控，实现对强化相类别的控制，从而调整合金宏观性质；二是微合金元素添加，通过微合金相的优先析出，细化与强化铝合金基体；三是成型方式，通过原位析出、复合植入或快冷成型以得到特定性能的改善；四是加工成形，利用形变细化晶粒并形成位错钉扎，改善合金性能；五是热处理工艺，通过析出相的扩散、回溶与析出，改善强化相的大小与分布，从而优化微观结构，提高合金性能。

目前，国内外报道的铝合金成份调控多采用添加稀土元素形成弥散相来钉扎位错、亚晶界和晶界，起到弥散强化、亚结构强化的作用，实现性能的提升。但稀土价格昂贵，并不适合大量应用于结构材料。而热处理工艺，包括均匀化、固溶与时效，则通过单级或双级强化均匀化与固溶，并结合峰值时效完成，很难实现强度与韧性的双赢。

文献调研表明，对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的主合金元素调控与深冷热处理的具体工艺未见公开报道。

发明内容

本发明针对航空航天所需的大块件铝合金，提出一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金及其制备方法，所述铝合金通过调整主合金元素以优化铝合金的强化相类型，保证合金强度与韧性的同时，具有高的淬透性；并通过在传统热处理工艺上开发双深冷嵌入的多级热处理工艺，调整强化相的分布状态，提升基体亚稳态弥散分布密度，调控晶界稳定相断续分布与无析出带，从而实现超高强超高韧铝合金综合性能的提升。

本发明采用的技术方案为：

一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，各组分及其质量百分比为：Zn 7.2～9.5％,Mg 1.2～2.5％,Cu 1.3～1.9％,Zr 0.08～0.15％,Ti 0.05％,Mn 0.05％,Cr 0.04％,Fe<0.05％,Si<0.05％，杂质总量<0.15％，余量为Al。

本发明将Cu元素含量在1.3～1.9％范围内，限制S相(Al₂CuMg)相析出的最大体积分数；将Mg元素含量设置在1.2～2.5％范围内，调控合金中强化相的体积分数，满足强度和韧性的需求；将Zn元素含量调控在7.2～9.5％范围内，提高η相 (MgZn₂)的体积分数，并在析出过程中消耗Mg元素，抑制S相(Al₂CuMg)的形成。

本发明还提出一种以上铝合金的制备方法，包括以下步骤：