[发明专利]一种设计高淬透性高强度铝合金主要成分的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属合金领域，尤其涉及一种设计高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要成分的方法。

背景技术

铝合金作为工业应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学化工等领域中已大量使用，而高强铝合金作为铝合金中强度较高的一种材料，需求量也日益增加。高强铝合金的主体是Al-Zn-Mg-Cu系(简称7000系)合金，该系合金具有良好的塑性、韧性、抗应力腐蚀性能和加工性能。

然而，随着航空航天飞行器的不断发展，最新一代航空航天飞行器型号装备发展尤其是大型化型号装备发展对高强铝合金提出了更高要求。大型化型号装备要求其承载构件必须大型化和整体化，为了保证大型承载构件的心部性能，要求高强铝合金必须具有更好的淬透性(淬火敏感性)。7075、7050、7055合金的成分设计只能满足厚度在120mm以下结构件制造的要求，在厚度大于120mm的制品表面与心部性能差异较大，难以满足航空航天对超大截面铝合金材料的需求，为了解决这一难题，必须开发出能够适用于生产大型，整体化结构件的低淬火敏感性合金。

中国专利CN104004946A公开了一种690-730MPa超高强度高淬透性铝合金及其制备方法，这种铝合金的单端淬透深度能够达到80-100mm。中国专利CN102703782A公开了一种超高强高淬透性Al-Zn-Mg-Cu合金，这种铝合金淬火后硬度最高能达到214HV，单端淬透深度约为82mm。但这两个专利都只是给出了合金的主要成分，没有提供这两种铝合金成分设计的方法。

近年来，美国和欧洲已经开发出以7136(Al-8.9Zn-2.2Mg-2.2Cu-0.15Zr)等为代表的最新一代具有强度级别更高、综合性能更加平衡优化且具有良好淬透性的铝合金，走在了世界前列，但是到目前为止，除了给出合金成分，其他技术仍对我国封锁。

针对如何降低淬火敏感性的难题，很多研究机构和学者都提出了自己的观点及方法，比如调整主要合金元素(Zn、Mg、Cu)的成分配比，减少淬火敏感性合金元素(Cu、Cr等)的含量，进一步降低和控制杂质元素(Fe、Si)含量等。但这些观点及方法在一定层面上都存在局限性，有些情况下甚至是自相矛盾的，到目前为止，尚未有一种公认的更好的理论出现，也没有一种能够用于指导高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金成分设计的方法可供使用，这一定程度上制约了航空航天、武器装备等工业的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现在Al-Zn-Mg-Cu系高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金成分设计理论及方法缺失的问题，发明了一种能够用于指导高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金成分设计的方法。

本发明的技术方案是：

一种设计高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要成分的方法，其特征在于在设计高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要成分时，为获得高淬透性，在设计Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要成分的的质量百分比时，先计算主合金化元素原子Zn、Mg、Cu与Al原子的半径差百分比总和δ，使得主合金化元素原子Zn、Mg、Cu与Al原子的半径差百分比总和δ满足0.059％≤δ≤0.344％；同时δ值在上述范围内越小越好，通过代入公式计算，找到主合金化元素Zn、Mg、Cu各自在合金中所占的合适的质量百分比；为获得高强度，其成分还应遵循以下原则，合金元素中Zn和Mg的质量百分数的比值应满足4≤Wt_Zn/Wt_Mg≤5.5，Mg的质量百分数Wt_Mg应满足1.4％≤Wt_Mg≤3.5％。

所述的原子半径差百分比总和δ，其计算公式为Wt_Zn为Zn在铝合金中所占质量百分数，Wt_Mg为Mg在铝合金中所占质量百分数，Wt_Cu为Cu在铝合金中所占质量百分数。

本发明的有益效果：

(1)本发明提出的一种设计高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要成分的方法，在国内外均属首创，提出了一种全新的可靠的成分设计方法，解决了在高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金成分设计领域尚无公认且准确设计方法的问题。

(2)本发明通过大量的试验和计算获得了一种理想的设计高淬透性高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要成分的方法，计算简单方便，方法可靠。