本发明涉及铝合金，尤其涉及一种高强高韧铝合金及其制备方法。
背景技术：
1、随着航空工业的发展，大型化、稳定性、经济性已成为当前铝合金发展的最紧迫的需求。为了提高产品强度和韧性，同时确保耐蚀性能不降低，需要增加合金中强化相元素含量，并要匹配合适比例，但是随着合金化程度增加，则造成熔铸难度急剧增加，超宽铸锭更加难以工程化。为了满足板材综合性能需求，需要合理控制合金元素含量、配比；为了确保板材具有良好稳定性和长寿命，需要将熔体纯净度、铸锭均匀性及致密度控制在极高水平，同时随着成分范围收窄和要求提高，其熔体净化和铸造工艺控制窗口很难摸索和匹配，铸锭成型难度也大幅增加。因此，为了满足产品综合性能需求，需要对合金的化学成分、熔体净化和铸造工艺等方面进行开发和优化设计。
2、航空产品用铝合金板材主要用于框架、蒙皮、壁板等，其中轧制板材约占60%，随着飞行器向高强、轻质、可靠性、长寿命等全方位发展，在满足材料综合性能同时，还要实现低成本工程化应用。对于航空飞行器来讲，成本主要包括原材料的成本、制造成本和使用成本；航空铝合金密度低则限制强度性能，产品向极限尺寸发展则要求铸锭无限接近零缺陷，提高强度，则限制了耐损伤性能，强度高还会造成加工难度和成材率。当前用于航空的主要材料为以2024、7050为代表的第三代铝合金，材料的工艺技术经过几十年的发展已非常成熟，很难通过优化流程和工艺降低原材料和制造成本。为了降低工程化应用成本，低密度合金熔铸成本极高。
3、为了满足材料高强高韧性的需求，需要优化合金成分配比，但是合金强度和韧性增加的同时，纯净度控制难度极大、铸造性能变差和生产效率低下等问题。
4、因此，提供一种制备方法以获得高纯净度熔体、优异综合性能且成本较低的铝合金具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题在于提供一种高强高韧铝合金的制备方法，可以获得高纯净度熔体、优良铸造性能和均匀细小的铸锭组织，有利于得到具有高强度、高韧性和优异的耐蚀性能的铝合金材料。
2、有鉴于此，本申请提供了一种高强高韧铝合金的制备方法，包括以下步骤：
3、s1）按照铝合金的成分配料后进行熔炼，得到初始熔体；
4、s2）采用颗粒精炼剂对所述初始熔体进行精炼，再采用高纯氩气通过炉底透气砖进行精炼，然后经旋转除气装置采用高纯氩氯气体进行精炼，得到的熔体氢含量＜0.08ml/100gal；
5、s3）将步骤s2）得到的熔体进行在线双级过滤，再进行晶粒细化；
6、s4）将步骤s3）得到的熔体进行铸造，所述铸造的铸造速度为40~55mm/min，水流量30~60m3/h/根，流盘末端铝液温度695~715℃，水温20~28℃，刮水器高度为200~500mm；
7、s5）将步骤s4）得到的铸锭进行均热处理，所述均热处理的第一级均热处理的升温速度30~90℃/h，升温温度为400~450℃，保温温度380~420℃，保温时间5~12h，第二级均热处理的升温速度5~20℃/h，升温温度为470~480℃，保温温度465~475℃，保温时间30~50h；
8、s6）将步骤s4）得到的铝合金进行变形、热处理，得到高强高韧铝合金；
9、所述高强高韧铝合金的成分包括：si≤0.05%，fe≤0.08%，cu 2.0~2.4%，mn≤0.02%，mg 1.4~1.8%，cr≤0.02%，zn 7.8~8.6%，ti≤0.05%，zr 0.05~0.15%，be≤0.005%，na≤0.0003%，余量为al。
10、优选的，步骤s1）中，所述配料的原料选择具体为：牌号al99.95以上品位的原铝锭，mg99.9以上品位的镁锭，zn99.99以上品位的锌锭，高纯度alsi中间合金、高纯度almn中间合金、高纯度alzr中间合金、高纯度alti中间合金和一级废料。
11、优选的，步骤s2）中，所述颗粒精炼剂包括：50~58wt%的kcl、40~48wt%的mgcl2、0.1~1.0wt%的nacl、0.1~1.0wt%的h2o、0.1~1.0wt%的mgo、0.1~1.0wt%的cacl2；所述颗粒精炼剂的加入量为0.8~1.5kg/t熔体。
12、优选的，步骤s2）中，所述采用颗粒精炼剂进行精炼的过程中，所述精炼的时间为30~40min，静置时间≥45min；所述炉底透气砖进行精炼的过程中，熔体的温度为700~800℃，时间为30~60min，精炼后熔体氢含量≤0.20ml/100gal。
13、优选的，步骤s3）中，所述在线双级过滤的过滤板为30ppi+50ppi或40ppi+60ppi。
14、优选的，步骤s3）中，所述晶粒细化的细化剂为al-3ti-0.15c，用量为2.0~4.0kg/t熔体。
15、优选的，步骤s5）中，所述第一级均热处理的升温时间为8~15h，所述第二级均热处理的升温时间为5~20h。
16、优选的，步骤s4）中，所述铸造速度为45~50mm/min，水流量40~48m3/h/根，流盘末端铝液温度697~710℃，水温24~26℃，刮水器高度为300~450mm。
17、本申请还提供了所述的制备方法所制备的高强高韧铝合金，包括：si≤0.05wt%，fe≤0.08wt%，cu 2.0~2.4wt%，mn≤0.02wt%，mg 1.4~1.8wt%，cr≤0.02wt%，zn 7.8~8.6wt%，ti≤0.05wt%，zr 0.05~0.15wt%，be 0.0005~0.005wt%，na≤0.0003wt%，余量为al。
18、优选的，包括：si≤0.03wt%，fe≤0.06wt%，cu 2.2~2.3wt%，mn≤0.01wt%，mg 1.60~1.75wt%，cr≤0.01wt%，zn 7.85~8.15wt%，ti≤0.02wt%，zr 0.10~0.12wt%，余量为al。
19、本申请提供了一种高强高韧铝合金的制备方法，其首先按照优化后的铝合金的成分配料后进行熔炼，得到初始熔体；再采用颗粒精炼剂对初始熔体进行精炼，采用高纯氩气通过炉底透气砖进行精炼，经旋转初期装置采用高纯氩氯气体进行精炼，以控制熔体中的氢含量＜0.08ml/100gal；之后将得到的熔体进行在线双级过滤、晶粒细化；随后将得到的熔体进行铸造，且控制铸造过程中的参数，最后进行特定条件的均热处理；在制备高强高韧铝合金的过程中，本申请通过控制原材料、熔体净化过程、晶粒细化、匹配合适铸造工艺和特定的均热处理，获得了高纯净度熔体、优良铸造性能和均匀细小组织的铸锭，即通过调控铝合金的化学成分和制备工艺，获得了具有高强度、高韧性和优良耐蚀性能的铝合金材料。
1.一种高强高韧铝合金的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1）中，所述配料的原料选择具体为：牌号al99.95以上品位的原铝锭，mg99.9以上品位的镁锭，zn99.99以上品位的锌锭，高纯度alsi中间合金、高纯度almn中间合金、高纯度alzr中间合金、高纯度alti中间合金和一级废料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2）中，所述颗粒精炼剂包括：50~58wt%的kcl、40~48wt%的mgcl2、0.1~1.0wt%的nacl、0.1~1.0wt%的h2o、0.1~1.0wt%的mgo、0.1~1.0wt%的cacl2；所述颗粒精炼剂的加入量为0.8~1.5kg/t熔体。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2）中，所述采用颗粒精炼剂进行精炼的过程中，所述精炼的时间为30~40min，静置时间≥45min；所述炉底透气砖进行精炼的过程中，熔体的温度为700~800℃，时间为30~60min，精炼后熔体氢含量≤0.20ml/100gal。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3）中，所述在线双级过滤的过滤板为30ppi+50ppi或40ppi+60ppi。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3）中，所述晶粒细化的细化剂为al-3ti-0.15c，用量为2.0~4.0kg/t熔体。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s5）中，所述第一级均热处理的升温时间为8~15h，所述第二级均热处理的升温时间为5~20h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4）中，所述铸造速度为45~50mm/min，水流量40~48m3/h/根，流盘末端铝液温度697~710℃，水温24~26℃，刮水器高度为300~450mm。
9.权利要求1~8任一项所述的制备方法所制备的高强高韧铝合金，包括：si≤0.05wt%，fe≤0.08wt%，cu 2.0~2.4wt%，mn≤0.02wt%，mg 1.4~1.8wt%，cr≤0.02wt%，zn 7.8~8.6wt%，ti≤0.05wt%，zr 0.05~0.15wt%，be 0.0005~0.005wt%，na≤0.0003wt%，余量为al。
10.根据权利要求9所述的铝合金，其特征在于，包括：si≤0.03wt%，fe≤0.06wt%，cu2.2~2.3wt%，mn≤0.01wt%，mg 1.60~1.75wt%，cr≤0.01wt%，zn 7.85~8.15wt%，ti≤0.02wt%，zr 0.10~0.12wt%，余量为al。