[发明专利]一种耐损伤铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制备方法，具体涉及一种耐损伤铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其密度低，比强度高，同时具备优良的导热性、耐蚀性、焊接及加工等性能，广发应用于机械工程、航空航天等领域。

随着新一代飞机耐久性/损伤容限设计思想的发展，对飞机机体主要结构的可靠性、使用寿命、安全性以及可维修性等耐损伤性能要求日益提高，迫切需要采用具有高的断裂韧性、抗疲劳性能和低的疲劳裂纹扩展速率的新型耐损伤材料，尤其在机翼下壁板长桁、中央翼梁下缘条等部位对耐损伤铝合金型材需求迫切，现有材料很难满足要求，主要原因是提高综合性能难度很大，如片面追求提高材料强度，其断裂韧性或抗疲劳性能会显著下降。

CN103981410A中披露了一种高耐损伤铝合金及其制备方法，但所开发的合金及其制备方法仅针对薄板，不包括型材。

CN103710652A公开了一种高耐损伤铝合金型材的制备方法，添加了Li、Sc等合金化元素，由于Li合金元素极易氧化，需要在真空中进行熔炼，需专用设备，而其，Sc价格昂贵，显著增加了制造成本。此外，在实施例中，所得的铝合金型材的主要性能近包含拉伸力学性能，无耐损伤性能指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐损伤铝合金及其制备方法，通过调整主合金元素的含量和添加新的合金元素，获得了抗疲劳裂纹扩展能力高、力学性能优良的铝合金，解决现有耐损伤铝合金型材综合性能难于提高的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐损伤铝合金，以质量百分比计的下述组分：Cu：3.6～4.3％，Mg：1.0～1.6％，Mn：0.3～0.8％，Zr：0.1～0.15％，Er：0.1～0.2％，余量为Al以及微量杂质元素，所述杂质元素的总含量小于0.1％。

所述的一种耐损伤铝合金的第一优选方案，所述铝合金以质量百分比计包括下述组分：Cu：4.0％，Mg：1.0％，Mn：0.5％，Zr：0.11％，Er：0.15％，余量为Al以及微量杂质元素，所述杂质元素的总含量小于0.1％。

所述的一种耐损伤铝合金的第二优选方案，所述铝合金以质量百分比计包括下述组分：Cu：4.0％，Mg：1.2％，Mn：0.5％，Zr：0.11％，Er：0.15％，余量为Al以及微量杂质元素，所述杂质元素的总含量小于0.1％。

所述的一种耐损伤铝合金的第三优选方案，所述铝合金以质量百分比计包括下述组分：Cu：4.0％，Mg：1.4％，Mn：0.5％，Zr：0.13％，Er：0.13％，余量为Al以及微量杂质元素，所述杂质元素的总含量小于0.1％。

一种所述的耐损伤铝合金制备方法，方法包括以下步骤：

(1)按设计的组分分别配取纯铝、纯镁，Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金，去除表面的杂质再烘干，所述纯铝纯度≥99.99％，所述纯镁纯度≥99.99％；

(2)将金属铝升温至793℃±5℃，当炉料开始软化下榻时加入覆盖剂形成表面有覆盖剂的铝熔体，其加入量为金属总重量的0.5％～0.6％；

(3)依次加入Al-Zr中间合金，Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金搅拌熔化后，加入Al-Er中间合金，当加入的Al-Er中间合金完全熔化后，搅拌均匀静置10min，冷却至713+5℃，加入纯镁，熔化后搅拌均匀保温8min；

(4)加入精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，并扒出表面浮渣后，即可将熔体输入到静置炉，于730℃±5℃，保温10min，然后通入氩气，然后按15-18Kg除钠剂/吨铝合金熔体的比例加入除钠，保温10min，浇注，得到铝合金铸坯。

所述一种耐损伤铝合金的制备方法的第一优选方案，所述的覆盖剂由以下重量份计组分组成：30～35％的Al₂O₃、5～8％的CaO、32-35％的木炭、10～20％的KCl、5～10％的NaCl，其余为Na₃AlF₆。

所述一种耐损伤铝合金的制备方法的第二优选方案，所述的精炼剂以下重量份计的组分组成：氯化钠5～10％、氯化钾10～15％、氟化钙20-～25％、六氯乙烷20～30％，其余为草木灰。

所述一种耐损伤铝合金的制备方法的第一优选方案，所述的除钠剂由以下重量份计的组分组成：氯化钾30-40％、活性炭酸钙粉15-20％、氯化镁20～25％，其余为六氯二碳。