CN101824569A - 一种含Ge的低淬火敏感性铝合金 - Google Patents

Abstract

一种含Ge的低淬火敏感性铝合金，对铝合金进行微量Ge元素的合金化处理，利用Ge元素与空位的结合能远远大于Zn、Mg、Cu等元素与空位的结合能的特性，在固溶淬火时，加入合金内部的Ge元素优先与空位结合，阻止了在较低固溶淬火速率下合金中的Zn、Mg、Cu等溶质原子的扩散和粗大第二相的析出，有效提高铝合金淬透性，降低铝合金的淬火敏感性，为后续时效获得弥散的强化相提供固溶充分的淬火组织。本发明可以有效降低铝合金的淬火敏感性，提高铝合金淬透性，提高低淬火速率下合金的溶质原子固溶的饱和度，以及时效处理后的力学性能。为航空航天及其它领域对大规格厚板及大构件的需求提供了一种可靠的铝合金结构材料。

Description

一种含Ge的低淬火敏感性铝合金

技术领域

本发明公开了一种低淬火敏感性铝合金，特别是指一种含Ge的低淬火敏感性铝合金；属于有色金属合金化技术领域。

背景技术

高强Al-Zn-Mg-Cu合金，具有密度低、比强度高和硬度、热加工性能好以及耐腐蚀性能和断裂韧性较好等优点，广泛应用于航空航天领域，是该领域重要的结构材料之一。该系合金是时效可强化合金，其高强度高硬度主要通过固溶、淬火及时效获得。合金淬火后得到的固溶体过饱和程度对时效强化效果具有决定性的作用，故造成合金的淬火敏感性问题^[1-3]，即淬火速率减小导致合金力学性能下降。这个问题对于大尺寸构件尤为突出，因为其心部在常规冷却条件下难以获得足够的冷却速度。尤其对于一些大构件，为了降低淬火应力，经常采用沸水、空气等淬火介质，以降低冷却速率。这样，对于常规铝合金的大规格厚板及大构件，就更加难以得到良好的心部组织和力学性能，从而造成铝合金大规格厚板及大构件的表层和心部性能的不均匀，以及整体性能下降^[4-5]。而铝合金大规格厚板及大构件是制造大型飞机必需的材料。因此，研究开发低淬火敏感性铝合金具有重要的意义。

目前的低淬火敏感性铝合金是美国开发的7085铝合金，该合金通过提高Zn/Mg比，以及采用Zr元素进行微合金化，可以使得铝合金板材的淬透厚度达到400mm。由于飞机构件尺寸越大，所需板材厚度也越大，未来大飞机需要更大厚度的铝合金厚板。因此，为了进一步降低铝合金的淬火敏感性，提高铝合金板材的淬透厚度，急需开发新的微合金化技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种通过对铝合金微合金化，有效降低铝合金的淬火敏感性，提高铝合金淬透性的含Ge的低淬火敏感性铝合金。

本发明一种含Ge的低淬火敏感性铝合金，由下述组分按重量百分比组成：

6.0-7.0％Zn；

1.1-1.4％Mg；

1.3-1.6％Cu；

0.10-0.15％Zr；

0.05-0.10％Ti

0.05-0.5％Ge

余量为Al，且各组分之和为100％。

本发明中，所述Ge的纯度大于等于99.99％。

本发明由于采用上述配方，对铝合金进行微量Ge元素的合金化处理，利用Ge元素与空位的结合能远远大于Z n、Mg、Cu等元素与空位的结合能的特性，在固溶淬火时，加入合金内部的Ge元素优先与空位结合，阻止了在较低固溶淬火速率下合金中的Zn、Mg、Cu等溶质原子的扩散和粗大第二相的析出，有效提高铝合金淬透性，降低铝合金的淬火敏感性，为后续时效获得弥散的强化相提供固溶充分的淬火组织。

本发明的优点和积极效果简述于下：

1、加入微量Ge后，铝合金TTP曲线的鼻尖时间由5秒推后到了30秒，降低了淬火敏感性。

2、在固溶空冷淬火及120℃/24h时效处理后，加入微量Ge的铝合金具有较高的拉伸强度。

综上所述，本发明通过加入微量Ge对铝合金进行合金化，利用Ge与空位较高的结合能，阻止其他合金元素的扩散和粗大第二相的析出，从而降低铝合金的淬火敏感性，提高铝合金淬透性，提高低淬火速率下合金的溶质原子固溶的饱和度，以及时效处理后的力学性能。可有效提高大尺寸铝合金构件的淬透深度，得到良好的心部组织和力学性能，为航空航天及其它领域的大规格厚板及大构件提供了一种低淬火敏感性的铝合金结构材料。

附图说明

附图1是未加Ge铝合金的TTP曲线。

附图2是加入0.5％Ge铝合金的TTP曲线。

附图3是加入0.5％Ge铝合金在470/1h固溶后在275℃保温300秒后淬火的各类合金元素的EDS面扫描图。

其中：

附图3-1是Mg-Ge析出相的二次电子形貌像。

附图3-2是Cu元素的EDS面扫描图。

附图3-3是Mg元素的EDS面扫描图。

附图3-4是Al元素的EDS面扫描图。

附图3-5是Zn元素的EDS面扫描图。

附图3-6是Ge元素的EDS面扫描图。

附图1、附图2中的95％、90％和85％分别表示合金最高强度的95％、90％和85％。

比较附图1、2可知，加入0.5％Ge铝合金的TTP曲线相对未加Ge的曲线，鼻尖时间推迟了30秒，降低了淬火敏感性。

附图3的结果表明除一部分Mg，Ge形成化合物外，其余元素都分布均匀。说明加入Ge有利于Zn，Mg，Cu固溶体的稳定。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

合金成分6.0％Zn，1.1％Mg，1.6％Cu，0.13％Zr，0.08％Ti，0.5％Ge，余量为Al，所述Ge的纯度大于等于99.99％，熔炼成锭坯。采用450℃/24h+455℃/24h进行均匀化处理后，热轧成4mm厚的圆棒的板材，挤压比为25。试样经470℃/1h固溶后，测试的TTP曲线的鼻尖时间比未加Ge的合金推后了25秒，达到30秒。虽然在室温水中淬火后时效的加Ge合金试样强度低于未加Ge的合金，但在空气中淬火时，加Ge合金试样的抗拉强度比未加Ge合金提高10Mpa，屈服强度提高60Mpa。

能谱分析表明，在鼻尖温度(275℃)保温30秒后，加Ge合金的析出相只有Mg-Ge化合物，而其他元素Zn、Cu及Al皆分布均匀。

实施例2：

合金成分6.5％Zn，1.4％Mg，1.3％Cu，0.13％Zr，0.08％Ti，0.1％Ge，余量为Al，所述Ge的纯度大于等于99.99％，熔炼成锭坯。采用450℃/24h+455℃/24h进行均匀化处理后，热轧成4mm厚的的板材，挤压比为25。试样经470℃/1h固溶后，分别在室温水中和空气中进行淬火，并进行120℃/24h时效处理。拉伸性能测试表明，虽然在室温水中淬火后时效的加Ge合金试样强度低于未加Ge的合金，但在空气中淬火时，加Ge合金试样的抗拉强度比未加Ge合金提高10Mpa，屈服强度提高99Mpa。

实施例3：

合金成分7.0％Zn，1.4％Mg，1.6％Cu，0.13％Zr，0.08％Ti，0.05％Ge，余量为Al，所述Ge的纯度大于等于99.99％，熔炼成锭坯。采用450℃/24h+455℃/24h进行均匀化处理后，热轧成4mm厚的的板材。试样经470℃/1h固溶后，分别在室温水中和空气中进行淬火，并进行120℃/24h时效处理。拉伸性能测试表明，虽然在室温水中淬火后时效的加Ge合金试样强度低于未加Ge的合金，但在空气中淬火时，加Ge合金试样的抗拉强度比未加Ge的合金提高14Mpa，屈服强度提高60Mpa。对本实施例处理后的铝合金的析出相进行EDS分析，结果如表1所示，结果表明，析出相为富Mg，Ge相。

表1

元素	重量百分比(Wt.％)	原子百分比(At.％)
			Mg	34.59	60.53
Al	0.85	1.34
			Zr	0.63	0.29
Ag	0.50	0.23
			Ti	0.25	0.22
Cu	2.02	1.35
			Zn	3.72	2.42
Ge	57.35	33.61

实施例1、2、3得到的铝合金的性能参数见表2。

表2

不含Ge的铝合金按照实施例1、2、3的热处理制度处理后的性能参数如表3。

表3

对比表2、表3可知，虽然在室温水中淬火后时效的加Ge合金试样强度低于未加Ge的合金，但在空气中淬火时，加Ge合金试样的抗拉强度、屈服强度均比未加Ge的合金高。

Claims (2)

1.一种含Ge的低淬火敏感性铝合金，由下述组分按重量百分比组成：

Zn 6.0-7.0％，

Mg 1.1-1.4％，

Cu 1.3-1.6％，

Zr 0.1-0.15％，

Ti 0.05-0.1％，

Ge 0.05％-0.5％，

余量为Al，且各组分之和为100％。

2.根据权利要求1所述的一种含Ge的低淬火敏感性铝合金，其特征在于：所述Ge的纯度大于等于99.99％。

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