[发明专利]一种Al-Zn-Mg-Cu铝合金化学成分优化的方法

说明书

本发明涉及一种Al‑Zn‑Mg‑Cu铝合金化学成分优化的方法，属于合金技术领域。本发明对Al‑Zn‑Mg‑Cu铝合金的多个合金元素进行全因子设计试验，得到多组合金成分；多组合金成分采用JMatPro热力学计算软件分别进行Mechanical Properties模块机械性能的计算、Phase transformation模块TTT曲线的计算和Solidification模块固相分数及摩尔体积的计算，并分别导出计算结果的数据和图形；分别对计算结果的数据进行方差分析和回归建模处理；综合分析所建立的屈服强度、淬火敏感特性、固相分数和摩尔体积的不同权重因子及回归方程式；根据回归方程式和权重因子调节各合金元素值，对Al‑Zn‑Mg‑Cu铝合金化学成分进行优化得到强度高、淬火敏感特性低及凝固收缩倾向小的Al‑Zn‑Mg‑Cu铝合金化学成分。

技术领域

本发明涉及一种Al-Zn-Mg-Cu铝合金化学成分优化的方法，属于合金技术领域。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu合金属于高强高韧铝合金，目前在航空航天、轨道交通及民用工业等领域都有着广泛的应用。随着航空航天、轨道交通的不断发展，要求承载构件整体化及大型化，对Al-Zn-Mg-Cu合金的综合性能提出了更高的要求。

目前，新材料研发传统方法主要通过不断熔炼小型实验、试错，要求研发人员拥有丰富的理论知识和工作经验，传统方法具有研发周期长、费用高等缺点，例如7085铝合金的研发。而采用热力学软件进行合金成分优化设计，强调通过计算MgZn₂相、S(Al₂CuMg)相、θ(Al₂Cu)相与T(AlZnMgCu)相等含量，通过增加MgZn₂强化相相含量、减少有害杂质相S(Al₂CuMg)相、θ(Al₂Cu)相与T(AlZnMgCu)相等相含量，该方法并未考虑到合金材料的淬火敏感性、凝固收缩倾向等性能。

发明内容

本发明针对现有合金成分优化方法没有综合考虑到合金的屈服强度、淬火敏感性及凝固收缩倾向等性能的问题，提供一种Al-Zn-Mg-Cu铝合金化学成分优化的方法，本发明方法可综合考虑屈服强度、淬火敏感特性以及固相分数和摩尔体积热物性能的不同权重，优化出强度高、淬火敏感特性低及凝固收缩倾向小的Al-Zn-Mg-Cu铝合金化学成分。

一种Al-Zn-Mg-Cu铝合金化学成分优化的方法，具体步骤如下：

(1)对Al-Zn-Mg-Cu铝合金的多个合金元素进行全因子设计试验，得到多组合金成分；

(2)将步骤(1)多组合金成分采用JMatPro热力学计算软件分别进行MechanicalProperties模块机械性能的计算、Phase transformation模块TTT曲线的计算和Solidification模块固相分数及摩尔体积的计算，并分别导出计算结果的数据和图形；

(3)分别对步骤(2)计算结果的数据进行方差分析和回归建模处理；

(4)综合分析步骤(3)所建立的屈服强度、淬火敏感特性、固相分数和摩尔体积的不同权重因子及回归方程式；

(5)根据回归方程式和权重因子调节各合金元素值，对Al-Zn-Mg-Cu铝合金化学成分进行优化；

所述步骤(1)全因子设计试验的多个合金元素为3～6个合金元素；

所述步骤(2)Mechanical Properties模块机械性能为T6时效后的屈服强度，其中合金状态为锻态、固溶处理温度470～480℃、时效温度为115℃～125℃、晶粒尺寸为45um～150um，Phase transformation模块TTT曲线为η′相的TTT曲线，Solidification模块摩尔体积为固液相线间的摩尔体积变化；

所述步骤(3)回归建模处理采用Minitab软件，只考虑合金元素之间的二阶交互作用。