一种600MPa级Al-Zn-Mg-Cu合金及其板材制备方法与流程

本发明涉及有色金属加工，具体涉及一种600mpa级al-zn-mg-cu合金及其板材制备方法。

背景技术：

1、结构减重是航空结构设计永恒的主题和追求，结构设计总是把材料用到“极限”。第二代到第四代战斗机减重，70％的贡献来自材料技术。选用高比强度、高比刚度、高损伤容限先进材料是减轻结构重量、降低结构重量系数的主要措施之一。铝合金是飞机机体结构主要材料，在三代机结构中约占60％左右，四代机中仍占结构重量的40％以上。目前，应用最多的铝合金是7050-t7451铝合金，以76-102mm厚度区间板材为例，其抗拉强为≥496mpa，实际使用值略超过500mpa，近年来新开发的7085铝合金的强度可达到550mpa级，性能较7050-t7451提升10％左右，但仍不能满足日益发展的航空结构优化的迫切需要。目前迫切需要600mpa级铝合金材料。

2、另外，铝合金的强度与其韧性、耐蚀性的变化呈矛盾的趋势，强度的提高，同时带来了韧性与耐蚀性的显著降低。目前7055、7056等合金工程化板材的强度均可以达到600mpa，但综合性能不满足设计要求。以7055铝合金为例，其抗拉强度可到600mpa以上，但其断裂韧性较7050-t7451铝合金降低40％以上，耐腐蚀性能也至少低了一个等级，使用寿命大大降低。并且7055淬透性较差，随着厚度的增加，强度衰减大，且存在淬火裂纹的风险，目前国外标准最厚仅能到38mm。

3、要提高合金的强度，一方面应提高合金的元素含量、增加析出相数量，例如7056、7055铝合金，但由于高锌高镁高铜含量的超强铝合金铸锭极易开裂，组织不均匀性突出，厚度≥80mm的厚板实际生产难度极大；另一方面采用过时效程度较低的时效制度，避免析出相生长的过于粗大，充分发挥析出相的强化效果，例如7150-t7651厚板抗拉强度一般在585～605mpa之间，但由于其合金元素含量较低，例如平均zn含量6.2％，显著低于7056的9％，强度不能稳定的保证在600mpa以上，并且t76时效态的剥落腐蚀性能较低，不满足高耐蚀的需求。

4、因此，发明人提供了一种600mpa级al-zn-mg-cu合金及其板材制备方法。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种600mpa级al-zn-mg-cu合金及其板材制备方法，解决了铝合金强度、韧性及耐蚀性难以同时满足需求的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明提供了一种600mpa级al-zn-mg-cu合金，包括质量百分比为7.4～8.5wt.％的zn、1.4～2.0wt.％的mg、2.0～2.4wt.％的cu、zr、sc和杂质，zr和sc的总含量为0.04～0.12wt.％，所述杂质的总含量≤0.04wt.％；其中，cu/mg质量百分比的比值≥1.2，zn/mg质量百分比的比值为4.5～5.1。

5、进一步地，当sc的含量＞0.02wt.％时，zr和sc的总含量低于0.08wt.％；当sc的含量＜0.01wt.％时，zr和sc的总含量高于0.08wt.％。

6、进一步地，所述杂质中的cr的含量≤0.01wt.％，mn的含量≤0.01wt.％，si的含量≤0.02wt.％，fe的含量≤0.02wt.％。

7、本发明还提供了一种600mpa级al-zn-mg-cu合金的板材制备方法，包括以下步骤：

8、在熔炼后的纯铝中添加高纯电解铜、al-zr5中间合金、工业纯锌、高纯镁混合均匀，进行多次精炼，经过滤除渣后，铸造成形出铸锭；

9、对所述铸锭依次进行多级均匀化处理、多道次轧制，得到轧制板材；

10、对所述轧制板材进行固溶处理，固溶后对所述轧制板材依次进行预拉伸处理、时效处理，得到al-zn-mg-cu合金板材。

11、进一步地，锭坯经6～15道次轧制的板材，除最初两个道次，其余单次轧制压下量在20mm以上。

12、进一步地，多级均匀化制度为420℃～450℃保温10～14h、460℃～495℃保温18～24h、455～470℃保温6～12h。

13、进一步地，固溶制度为440℃～460℃保温2～3h，470℃～485℃保温1～2h，保温结束后采用喷淋淬火处理，冷却速度≥10℃/s，喷淋水流量≥10l/s。

14、进一步地，固溶完毕后对轧制板材进行预拉伸处理，预拉伸变形量为3～7％。

15、进一步地，时效制度为先进行100℃～120℃预处理20～32h在合金基体内形成高密度的细小gp区前驱体，然后经165℃～185℃保温1～6h使晶界析出相熔断，再经100℃～120℃保温20～24h形成细小、弥散分布的强化相。

16、进一步地，所述轧制板材的厚度为25～152mm。

17、(3)有益效果

18、综上，本发明通过在7150合金的基础上增加zn元素含量、并在7055、7056的基础上降低cu、mg含量，提高zn/mg比、zn/cu比，保证充分形成析出相的前提下，减少淬火敏感元素，有利于制备80mm以上厚度板材，严格控制杂质含量、降低fe、si等杂质元素引起的脆化和腐蚀作用，补充因合金元素提高导致的韧性与强度的下降，并利用zr和sc的复合作用细化晶粒，提高合金强度。

技术特征：

1.一种600mpa级al-zn-mg-cu合金，其特征在于，包括质量百分比为7.4～8.5wt.％的zn、1.4～2.0wt.％的mg、2.0～2.4wt.％的cu、zr、sc和杂质，zr和sc的总含量为0.04～0.12wt.％，所述杂质的总含量≤0.04wt.％；其中，cu/mg质量百分比的比值≥1.2，zn/mg质量百分比的比值为4.5～5.1。

2.根据权利要求1所述的600mpa级al-zn-mg-cu合金，其特征在于，当sc的含量＞0.02wt.％时，zr和sc的总含量低于0.08wt.％；当sc的含量＜0.01wt.％时，zr和sc的总含量高于0.08wt.％。

3.根据权利要求1所述的600mpa级al-zn-mg-cu合金，其特征在于，所述杂质中的cr的含量≤0.01wt.％，mn的含量≤0.01wt.％，si的含量≤0.02wt.％，fe的含量≤0.02wt.％。

4.一种基于如权利要求1-3中任一项所述的600mpa级al-zn-mg-cu合金的板材制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的板材制备方法，其特征在于，锭坯经6～15道次轧制的板材，除最初两个道次，其余单次轧制压下量在20mm以上。

6.根据权利要求4所述的板材制备方法，其特征在于，多级均匀化制度为420℃～450℃保温10～14h、460℃～495℃保温18～24h、455～470℃保温6～12h。

7.根据权利要求4所述的板材制备方法，其特征在于，固溶制度为440℃～460℃保温2～3h，470℃～485℃保温1～2h，保温结束后采用喷淋淬火处理，冷却速度≥10℃/s，喷淋水流量≥10l/s。

8.根据权利要求4所述的板材制备方法，其特征在于，固溶完毕后对轧制板材进行预拉伸处理，预拉伸变形量为3～7％。

9.根据权利要求4所述的板材制备方法，其特征在于，时效制度为先进行100℃～120℃预处理20～32h在合金基体内形成高密度的细小gp区前驱体，然后经165℃～185℃保温1～6h使晶界析出相熔断，再经100℃～120℃保温20～24h形成细小、弥散分布的强化相。

10.根据权利要求4所述的板材制备方法，其特征在于，所述轧制板材的厚度为25～152mm。

技术总结
本发明涉及有色金属加工技术领域，具体涉及一种600MPa级Al‑Zn‑Mg‑Cu合金及其板材制备方法。600MPa级Al‑Zn‑Mg‑Cu合金包括质量百分比为7.4～8.5wt.％的Zn、1.4～2.0wt.％的Mg、2.0～2.4wt.％的Cu、Zr、Sc和杂质，Zr和Sc的总含量为0.04～0.12wt.％，所述杂质的总含量≤0.04wt.％；其中，Cu/Mg质量百分比的比值≥1.2，Zn/Mg质量百分比的比值为4.5～5.1。该600MPa级Al‑Zn‑Mg‑Cu合金及其板材制备方法的目的是解决铝合金强度、韧性及耐蚀性难以同时满足需求的问题。

技术研发人员：荣刚,曾元松,郑许,张勇,贾桂龙,韩宝帅,徐严谨,朱玉涛,何克准,孙宜琳,陈明璐,韩秀全,张新明
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17