[发明专利]一种超高强Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金板材及其制备工艺

说明书

本发明的一种超高强Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Sc‑Zr合金板材及其制备工艺，合金组分包括Zn6.5～7％、Mg 1.8～2.3％、Cu 1.9～2.4％、Sc 0.18～0.22％、Zr 0.08～0.12％，Si≤0.1％、Fe≤0.15％、Mn≤0.05％、Cr≤0.04％、Ti≤0.06％，余量为Al。制备时，按比例熔炼浇注保温后，轧制获得合金板材，经过(480‑490℃)×(0.5‑1.5h)固溶处理和(140‑160℃)×(17‑19h)+(190‑210℃)×(0.5‑1.5h)+(150‑170℃)×(17‑19h)回归再时效处理，制得超高强Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Sc‑Zr合金板材，本发明在Al‑Zn‑Mg‑Cu系合金基础上添加适量Sc和Zr元素，并通过热轧和热处理，可以使大尺寸的析出相回溶，使析出相整体细小弥散，通过控制合金组织，获得高强度高塑性合金板材。

技术领域：

本发明属于合金板材制备技术领域，具体涉及一种超高强Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金板材及其制备工艺。

背景技术：

7XXX系合金是在Al-Zn-Mg合金基础上通过添加Cu发展起来的，其强度高于2xxx系铝合金，一般称为超高强铝合金。超高强铝合金具有密度低、比强度高、热加工性能好等优点，其研究和应用一直倍受关注。

最初的7XXX系合金是由韦伯于1932年提出的，在Al-Zn-Mg合金中添加Cu的同时加入了少量Mn，开发出世界上第一种以Al-Zn-Mg-Cu为基的高强铝合金。但由于合金具有较高的应力腐蚀敏感性(SCC)而未得到实际应用。1936年，日本学者五十岚第一次将Cr加入到Al-Zn-Mg-Cu合金中，开发出著名的ESD超硬合金(Al-7.5％Zn-l.5％Mg-2％Cu-0.6％Mn-0.25％Cr)，这种合金具有600MPa以上的强度和较好的抗应力腐蚀性能，该合金最先在飞机制造业中获得实际应用。在ESD合金研究的基础上，各国相继开发了一批含有少量Cr、Mn的7xxx系铝合金。1943年美国开发出了7075合金，并第一次应用于B-29型轰炸机上，给飞机结构和性能带来革命性变化，为超高强铝合金的飞速发展奠定了基础。1954年，在7075合金的基础上提高Zn、Mg和Cu的含量，开发出了强度高于7075-T651合金的7178-T651合金。该合金强度虽高，但断裂韧性太差，在波音747飞机上被7075-T651合金替代。1960年，开发出二级时效工艺T73，并应用于7075合金，解决了厚截面的SCC问题。60年代中期开发了T76时效工艺，使合金强度较T73有所提高，且抗应力腐蚀和抗剥蚀性能满足使用要求。1968年，美国铝业公司在7001合金的基础上，增加Mg、Zn含量，降低Cu、Cr含量，开发出7049合金。1969年在7075合金基础上，通过降低Fe、Si含量，控制Cr含量，调整Mn、Cu含量以提高断裂韧性，研制出7xxx系断裂韧性最高的7475合金，该合金除了成分差别外，加工工艺也有所改变，通过调整晶粒度、均匀性、E相(Al₁₂Mg₂Cr)的尺寸和质点间距，使其韧性得到改善。1971年，美国以7075为基础，增加了Zn、Cu含量和Cu/Mg比值来提高强度，用添加Zr代替Cr来克服淬火敏感性问题和调整晶粒尺寸，开发出了强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能较高的7050合金，并于同年在美国铝业协会登记注册。80年代，Alcoa公司进行了大量研究，在7050和7150合金的基础上，进一步降低Si、Mn杂质元素的含量，提高Zn/Mg比值，研制成功7055合金，并于1993年申请到专利。在50年代末至80年代末期间开发出一系列高水平的Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金。在俄罗斯的铝合金牌号中，Ц为含Zr合金，ЦЧ为高纯合金，0Ч为最高纯合金。1948年开发出B95合金，与美国的7075合金相近。1956年，在深入研究Al-Zn-Mg-Cu基础上，世界上首次在Al-Zn-Mg-Cu系合金中添加Zr来代替Cr，研制出合金化程度和强度最高的B96合金；1968年通过降低杂质Fe含量和添加Mn元素，开发出B96_Ц-1合金；1970年通过进一步降低Fe、Si杂质含量，同时降低主合金元素，又开发出塑性较好而强度略有降低的B96_Ц-3。全苏轻合金研究所和全苏航空材料研究所继1948年研制出B95合金后，通过降低Fe、Si杂质含量，于1971年开发出B95_ЦЧ，和B95_OЧ，这两种合金不仅用来制造伊尔96-300型和图204型飞机，而且现今还用来制造苏-27和苏-30飞机的结构件。