專利名稱：高強、高韌鋁合金預拉伸厚板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金預拉伸厚板及其制造方法。
背景技術：
高強、高韌鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金，該合金板材熱處理后具 有優(yōu)良的綜合性能，其大規(guī)格預拉伸厚板具有易加工及加工后不翹曲等特點， 近些年來已越來越多地取代大型模鍛件用于大型軍用機種的壁板、隔框、翼梁 等重要結(jié)構(gòu)件，可有效減少材料的強度損失、減輕飛機本體重量，簡化飛機的 生產(chǎn)制造工序，對航空工業(yè)的發(fā)展有促進作用。
60年代以前，飛機結(jié)構(gòu)設計的主導思想是追求材料的高的靜強度，無論 在合金設計還是在熱處理研究方面都極力著眼于提高合金的強度指標，當時飛 機上采用最多的有前蘇聯(lián)的B95-T1和美國的2024-T4、 7075-T6鋁合金板材。 隨著航空與航天工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋁合金材料的性能要求越來越高。1960 1970年間，北美和西歐從對飛機材料應力腐蝕開裂事故分析中認識到，對鋁 合金結(jié)構(gòu)材料的要求不僅是靜強度和剛度，而且還必須具有較好的抗應力腐蝕 能力，有較高的疲勞強度，并有較好的斷裂韌性，這樣才能使鋁合金結(jié)構(gòu)材料 在惡劣的工作環(huán)境下長時間安全可靠的工作。研究表明，在鋁合金結(jié)構(gòu)材料組 成中對這些性能影響最大的因素是鋁合金結(jié)構(gòu)材料中的不溶化合物等第二相， 在7A04鋁合金中，由于Fe、 Si等元素加入量不合理，形成難溶化合物或在鑄 造時產(chǎn)生共晶化合物，導致鋁合金結(jié)構(gòu)材料的韌性差、強度低。因此，鋁合金 結(jié)構(gòu)材料采用高純鋁，控制Fe、 Si雜質(zhì)含量，調(diào)整主要成分使雜質(zhì)彌散相的 數(shù)量減小，以改善鋁合金結(jié)構(gòu)材料的韌性，提高鋁合金結(jié)構(gòu)材料的強度，以此 為原則各國研制出了改良型的新合金，如美國在7075合金基礎上研制出了 7175和7475合金，并在F-16、 C-58飛機上率先得到應用；前蘇聯(lián)的B95改 良型為B95mi、 B95oq，在"蘇二七"機種上獲得應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強、高韌鋁合金預拉伸厚板及其制造方法，以 解決7A04鋁合金中，由于Fe、 Si等元素加入量不合理，形成難溶化合物或在鑄造時產(chǎn)生共晶化合物，導致鋁合金結(jié)構(gòu)材料的韌性差、強度低，無法滿足在 惡劣的工作環(huán)境下長時間安全可靠工作的問題。
本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發(fā)明的高強、高韌鋁合
金預拉伸厚板，所述厚板按重量百分比由1.40%-2.00%的01、 1.80%-2.80%的 Mg、 0.20%-0.60%的Mn、 0. 10%-0.25%的Cr、 5.00%-6.50%的Zn、 0-0.10% 的Si、 0.05%-0.25%的Fe、 0-0.05%的Ti、 0-0.10%的Ni、 0.01-0.05%的單個 雜質(zhì)、0.01-0.10%的合計雜質(zhì)和余量的Al組成，厚板的厚度為11mm 85mm; 本發(fā)明的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制備方法由以下步驟完成 一、扁鋁 合金鑄錠的熔煉與鑄造；二、對扁鋁合金鑄錠均勻化退火，熔煉爐溫設定為 49CTC，加熱5h 7h;再將熔煉爐溫設定為455。C，加熱49h 51h，將扁鋁合 金鑄錠加熱至45(rC 46(TC;三、對扁鋁合金鑄錠熱軋，熱軋時鑄錠加熱溫度 為370。C 42(TC，保溫lh 2h;其熱軋板厚度為11mm 85mm的板材，四、對 熱軋后的板材進行淬火預拉伸先用輥底淬火爐對厚板進行淬火處理固溶處
理的溫度為470°C±2°C ，保溫lh~2h，轉(zhuǎn)移時間小于30s，冷卻水溫度小于30°C ， 淬火后6h內(nèi)將厚板進行預拉伸，預拉伸塑性變形量控制在2.0%~2.5%之間； 五、對預拉伸后的鋁合金厚板時效處理1、單級時效時效溫度為 115°C~125°C，保溫23h 25h; 2、雙級時效其中， 一級時效溫度為110°C~120°C， 保溫7h 9h; 二級時效溫度為160°C~170°C，保溫19h 20h。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的鋁合金預拉伸厚板通過降低Fe、 Si雜質(zhì) 含量和控制Zn、 Mg、 Cu的含量，25 mm厚板在應力水平小于280 Mpa的情 況下，疲勞壽命基本都能達到107數(shù)量級；在超過107次應力循環(huán)后沒有斷裂。 斷裂韌性L-T: 34.09MPa'm1/2、T-L: 27.16MPa'm"2。本發(fā)明的鋁合金預拉伸厚 板的綜合性能高于7A04。本發(fā)明的方法操作簡單，用所述方法制成的鋁合金 預拉伸厚板在板厚為50mm時，其抗拉強度Rm為517 Mpa 538Mpa (標準為 490 Mpa 560Mpa)、屈服強度Rpo.2為447 Mpa ~470 Mpa (標準為420 Mpa 500Mpa)、延伸率A為12.0~12.5 (標準為^7.0)，其抗應力腐蝕能力、疲勞 強度和斷裂韌性均有明顯提高，可滿足在惡劣的工作環(huán)境下長時間安全可靠的 工作。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板，所述厚板按重量百分比由1.40%-2.00%的01、1.80%-2.80°/0的]^%、0.20°/0-0.60°/0的Mn、 0. 10%畫0.25%的Cr、 5.00%醒6.50%的Zn、 0-0.10%的Si、 0.05%-0.25%的 Fe、 0-0.05%的Ti、 0-0.10%的Ni、 0.01-0.05%的單個雜質(zhì)、0.01-0.10%的合計
雜質(zhì)和余量的Al組成，厚板的厚度為11mm 85mm，所述厚板的型號為7B04。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式 的厚板按重量百分比由1.70。/q的Cu、 2.40。/o的Mg、 0.40°/。的Mn、 0.15%的 Cr、 6.00%的Zn、 0.05%的Si、 0.15%的Fe、 0.03%的Ti、 0.05%的Ni、 0.03% 的單個雜質(zhì)、0.05%的合計雜質(zhì)和余量的Al組成，厚板的厚度為50mm。
具體實施方式
三本實施方式的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法 由以下步驟完成 一、扁鋁合金鑄錠的熔煉與鑄造；二、對扁鋁合金鑄錠均勻 化退火，熔煉爐溫設定為49(TC，加熱5h 7h;再將熔煉爐溫設定為455。C， 加熱49h 51h，將扁鋁合金鑄錠加熱至45(rC 46(TC;三、對扁鋁合金鑄錠熱 軋，熱軋時鑄錠加熱溫度為370°C~420°C，保溫lh 2h;其熱軋板厚度為 11mm 85mm的板材，四、對熱軋后的板材進行淬火預拉伸先用輥底淬火爐 對厚板進行淬火處理，淬火固溶處理的溫度為47(TC士2"C，保溫lh 2h，轉(zhuǎn) 移時間小于30s，冷卻水溫度小于3(TC，淬火后6h內(nèi)將厚板進行預拉伸，預 拉伸塑性變形量控制在2.0%~2.5%之間；板材的平面度滿足要求，內(nèi)部的殘余 應力也降至最低，解決了機械加工翹曲變形的難題；五、對預拉伸后的鋁合金 厚板時效處理1、單級時效時效溫度為115°C~125°C，保溫23h 25h; 2、 雙級時效其中， 一級時效溫度為110°C 120°C，保溫7 9h; 二級時效溫度為 160。C 170。C，保溫19h 20h。
通過均勻化退火，能消除晶體內(nèi)偏析和鑄造應力，使板材具有較好的加工 性能。本發(fā)明通過降低Fe、 Si雜質(zhì)含量，Zn、 Mg、 Cu的值控制在中、上限， 其綜合性能最好。
具體實施方式
四本實施方式的步驟一中，所述扁鋁合金鑄錠的熔煉原材 料由純鋁錠、鋁錠、電解銅、純鎂錠、純鋅錠、Al-Cr中間合金和Al-Mn中間 合金組成，所述Al-Cr中間合金中Cr的加入量占Al-Cr中間合金總重量的4%， 所述Al-Mn中間合金中Mn的加入量占Al-Mn中間合金總重量的11%,純度 為99.95的純鋁錠的加入量占扁鋁合金鑄錠總重量的30%~40%，純度為99.80 的鋁錠的加入量占鋁合金鑄錠總重量的20%~40%， Cu、 Mg、 Zn以純金屬形式加入；所述扁鋁合金鑄錠按重量百分比由1.40°/。-2.00%的01、 1.80%-2.80% 的Mg、 0.20%國0.60%的Mn、 0. 10%誦0.25%的Cr、 5.00%畫6.50%的Zn、 0-0.10%的Si、 0.05%-0.25%的Fe、 0-0.05%的Ti、 0-0.10%的Ni、 0-0.05%
的單個雜質(zhì)、0-0.10y。的合計雜質(zhì)和余量的Al組成。其它方法步驟與具體實施 方式三相同。
具體實施方式
五本實施方式的步驟一中，所述扁鋁合金鑄錠的熔煉原材
料由純鋁錠、本鋁合金一級廢料、電解銅、純鎂錠、純鋅錠、Al-Cr中間合金 和Al-Mn中間合金組成，所述Al-Cr中間合金中Cr的加入量占Al-Cr中間合 金總重量的4%，所述Al-Mn中間合金中Mn的加入量占Al-Mn中間合金總重 量的11%，純度為99.95的純鋁錠的加入量占扁鋁合金鑄錠總重量的 30%~40%，本鋁合金一級廢料的加入量占鋁合金鑄錠總重量的20% 40%， Cu、 Mg、 Zn以純金屬形式加入；所述扁鋁合金鑄錠按重量百分比由1.40°/。-2.00% 的Cu、 1.80%國2.80%的Mg、 0.20%-0.60%的Mn、 0. 10%國0.25%的Cr、 5.00%畫6.50%的Zn、0-0.10。/。的Si、0.05°/。-0.25%的Fe、0-0.05°/。的Ti、0-0.10% 的Ni、 0-0.05°/。的單個雜質(zhì)、0-0.10%的合計雜質(zhì)和余量的Al組成。加入中間 合金，易于鑄造。其它方法步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六本實施方式的步驟一中的熔煉是這樣完成的采用電 爐自投固體料方式，扁鋁合金鑄錠熔煉溫度為700 75(TC，并在此范圍內(nèi)取樣， 取樣前徹底攪拌，扁鋁合金鑄錠熔化下塌前和加純鎂錠時一律采用2#熔劑覆 蓋，爐前成分控制，F(xiàn)e補至扁鋁合金鑄錠總重量的0.18 0.20n/。， Mg補至扁鋁 合金鑄錠總重量的2.7%， Al-5Ti-lB絲在過濾器入口處在線播入，電爐出爐前 充Ar氣或Cl氣精煉10min，可頂出扁鋁合金鑄錠中的氣泡，保證扁鋁合金鑄錠 的加工質(zhì)量。其它方法步驟與具體實施方式
四或五相同。
具體實施方式
七本實施方式的2#熔劑按照重量份由32~40份的KC1、. 38 46份的MgCl和5 8份的BaCl組成。其它方法步驟與具體實施方式
六相 同。
具體實施方式
八本實施方式的步驟一中的熔煉工具均涂Ti02粉保護， 可起到防潮和阻隔作用。其它方法步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
九本實施方式的步驟一中的鑄造是這樣完成的靜止爐導 爐前清爐，把2#熔劑預熱后，在熔煉爐出流口處疊壩，鋁液出爐時充滿導流管，轉(zhuǎn)爐導入靜止爐后，充Ar氣或Cl氣，精煉15min，靜止10min后測量氫 氣含量，使得鑄造后的扁鋁合金鑄錠的氫氣含量達到標準，即氫氣含量標準 ^U8ml/100g扁鋁合金鑄錠，對氫氣含量不合格的扁鋁合金鑄錠再次充Ar氣 或C1氣，精煉15min，靜止10min后再次測量氫氣含量，使得鑄造后的扁鋁 合金鑄錠的氫氣含量達到標準，再對氫氣含量達到標準的扁鋁合金鑄錠用2# 熔劑覆蓋，鑄造流線上采用陶瓷管過濾和泡沫陶瓷板雙級凈化過濾，每次鑄一 根鑄錠，加純鋁鋪底，鑄造速度為35 mm/min ~40 mm/min，鑄造溫度為 690°C 705°C，水壓為0.05mpa 0.15mpa。通過熔鑄工藝，避免了鑄造裂紋， 提高了熔體質(zhì)量。其它方法步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
十本實施方式的2^熔劑按照重量份由32 40份的KC1、 38 46份的MgCl和5 8份的BaCl組成。其它方法步驟與具體實施方式
九相同。
權(quán)利要求
1、一種高強、高韌鋁合金預拉伸厚板，其特征在于所述厚板按重量百分比由1.40％-2.00％的Cu、1.80％-2.80％的Mg、0.20％-0.60％的Mn、0.10％-0.25％的Cr、5.00％-6.50％的Zn、0-0.10％的Si、0.05％-0.25％的Fe、0-0.05％的Ti、0-0.10％的Ni、0.01-0.05％的單個雜質(zhì)、0.01-0.10％的合計雜質(zhì)和余量的Al組成，厚板的厚度為11mm～85mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板，其特征在于 所述厚板按重量百分比由1.70。/。的Cu、2.40。/。的Mg、0.40。/()的Mn、 0.15%的 Cr、6.00°/。的Zn、0.05。/c)的Si、0.15。/。的Fe、 0.03%的Ti、 0.05%的Ni、 0.03% 的單個雜質(zhì)、0.05%的合計雜質(zhì)和余量的Al組成，厚板的厚度為45mm。
3、 一種制造權(quán)利要求1所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的方法，其 特征在于所述方法由以下步驟完成 一、扁鋁合金鑄錠的熔煉與鑄造；二、 對扁鋁合金鑄錠均勻化退火，熔煉爐溫設定為49(TC，加熱5h 7h;再將熔煉 爐溫設定為455t:，加熱49h 51h，將扁鋁合金鑄錠加熱至450。C 460。C;三、 對扁鋁合金鑄錠熱軋，熱軋時鑄錠加熱溫度為37(TC 42(rC，保溫lh 2h;其 熱軋板厚度為11mm 85mm的板材，四、對熱軋后的板材進行淬火預拉伸 先用輥底淬火爐對厚板進行淬火處理，淬火固溶處理的溫度為47(TCi2"C， 保溫lh 2h，轉(zhuǎn)移時間小于30s，冷卻水溫度小于30'C，淬火后6h內(nèi)將厚板 進行預拉伸，預拉伸塑性變形量控制在2.0%~2.5%之間；五、對預拉伸后的鋁 合金厚板時效處理1、單級時效時效溫度為115°C 125°C，保溫23h 25h; 2、雙級時效其中， 一級時效溫度為110°C 120°C，保溫7 9h; 二級時效溫 度為160。C 170。C，保溫19h 20h。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法，其 特征在于步驟一中，所述扁鋁合金鑄錠的熔煉原材料由純鋁錠、鋁錠、電解 銅、純鎂錠、純鋅錠、Al-Cr中間合金和Al-Mn中間合金組成，所述Al-Cr中 間合金中Cr的加入量占Al-Cr中間合金總重量的4%，所述Al-Mn中間合金 中Mn的加入量占Al-Mn中間合金總重量的11%，純度為99.95的純鋁錠的加 入量占扁鋁合金鑄錠總重量的30%~40%，純度為99.80的鋁錠的加入量占鋁 合金鑄錠總重量的20% 40%， Cu、 Mg、 Zn以純金屬形式加入；所述扁鋁合 金鑄錠按重量百分比由1.40%-2.00%的01、 1.80。/。-2.80。/。的Mg、 0.20%-0.60%的Mn、0. 10°/。-0.25°/。的Cr、5.00%-6.50%的Zn、0-0.腦的Si、0.05%-0.25% 的Fe、 0-0.05。/。的Ti、 0-0.10%的Ni、 0-0.05%的單個雜質(zhì)、0-0.10%的合計雜質(zhì)和余量的Al組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法，其 特征在于步驟一中，所述扁鋁合金鑄錠的熔煉原材料由純鋁錠、本鋁合金一 級廢料、電解銅、純鎂錠、純鋅錠、Al-Cr中間合金和Al-Mn中間合金組成， 所述Al-Cr中間合金中Cr的加入量占Al-Cr中間合金總重量的4%，所述Al-Mn 中間合金中Mn的加入量占Al-Mn中間合金總重量的11%，純度為99.95的純 鋁錠的加入量占扁鋁合金鑄錠總重量的30% 40%，本鋁合金一級廢料的加入 量占鋁合金鑄錠總重量的20%~40%， Cu、 Mg、 Zn以純金屬形式加入；所述 扁鋁合金鑄錠按重量百分比由1.40%-2.00%的Cu、 1.80%-2.80%的Mg、 0.20%國0.60%的Mn、 0. 10%-0.25%的Cr、 5.00%-6.50%的Zn、 0-0.10°/0的 Si、 0.05%-0.25%的Fe、 0-0.05°/。的Ti、 0-0.10%的Ni、 0-0.05%的單個雜質(zhì)、 0-0.10%的合計雜質(zhì)和余量的Al組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法， 其特征在于步驟一中的熔煉是這樣完成的采用電爐自投固體料方式，扁鋁 合金鑄錠熔煉溫度為700 75(TC，并在此范圍內(nèi)取樣，取樣前徹底攪拌，扁鋁 合金鑄錠熔化下塌前和加純鎂錠時一律采用2#熔劑覆蓋，爐前成分控制，F(xiàn)e 補至扁鋁合金鑄錠總重量的0.18 0.20%， Mg補至扁鋁合金鑄錠總重量的2.7。/。， Al-5Ti-lB絲在過濾器入口處在線播入，電爐出爐前充Ar氣或Cl氣精煉10min。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法，其特 征在于所述2弁熔劑按照重量份由32 40份的KC1、 38 46份的MgCl和5 8份的 BaCl組成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法，其 特征在于步驟一中的熔煉工具均涂Ti02粉保護。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法，其特 征在于步驟一中的鑄造是這樣完成的靜止爐導爐前清爐，把2#熔劑預熱后， 在熔煉爐出流口處疊壩，鋁液出爐時充滿導流管，轉(zhuǎn)爐導入靜止爐后，充Ar 氣或C1氣，精煉15min，靜止10min后測量氫氣含量，使得鑄造后的扁鋁合金鑄 錠的氫氣含量達到標準，即氫氣含量標準S0.18ml/100g扁鋁合金鑄錠，對氫氣含量不合格的扁鋁合金鑄錠再次充Ar氣或Cl氣，精煉15min，靜止10min后再次 測量氫氣含量，使得鑄造后的扁鋁合金鑄錠的氫氣含量達到標準，再對氫氣含 量達到標準的扁鋁合金鑄錠用2#熔劑覆蓋，鑄造流線上采用陶瓷管過濾和泡沫 陶瓷板雙級凈化過濾，每次鑄一根鑄錠，加純鋁鋪底，鑄造速度為35 mm/min 40mm/min，鑄造溫度為690。C 705。C ，水壓為0.05 mpa 0.15mpa。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的高強、高韌鋁合金預拉伸厚板的制造方法，其 特征在于所述2存熔劑按照重量份由32 40份的KC1、 38 46份的MgCl和5 8份 的BaCl組成。
全文摘要
高強、高韌鋁合金預拉伸厚板及其制造方法，它涉及一種鋁合金預拉伸厚板及其制造方法。針對7A04鋁合金中由Fe、Si等元素所形成的難溶化合物或鑄造時產(chǎn)生的共晶化合物，導致鋁合金結(jié)構(gòu)材料的韌性差、強度低，無法滿足在惡劣的工作環(huán)境下長時間安全可靠工作問題。本發(fā)明的厚板按重量百分比由1.40％-2.00％的Cu、1.80％-2.80％的Mg、0.20％-0.60％的Mn、0.10％-0.25％的Cr、5.00％-6.50％的Zn、0-0.10％的Si、0.05％-0.25％的Fe、0-0.05％的Ti、0-0.10％的Ni、0.01-0.05％的單個雜質(zhì)、0.01-0.10％的合計雜質(zhì)和余量的Al組成；方法是對扁鋁合金鑄錠熔鑄；均勻化退火，熱軋，淬火預拉伸，單、雙級時效處理。用本發(fā)明的方法制成的鋁合金預拉伸厚板的抗應力腐蝕能力、疲勞強度和斷裂韌性均有明顯提高，可滿足在惡劣工作環(huán)境下長時間安全可靠工作的需要。
文檔編號C22C21/10GK101445886SQ200810209858
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者何振波, 劉顯東, 單長智, 呂新宇, 靜 周, 徐忠艷, 李念奎, 王志超, 胡智敏 申請人:東北輕合金有限責任公司