CN101928865A - 弹用超高强度铝合金 - Google Patents

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吴护林
张昭林
李忠盛
张隆平
贾代金
易同斌
李立
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Abstract

本发明涉及一种用于制造航空中小口径弹药药筒的铝合金，合金成分为：Zn：8～12％、Mg：1～3％、Cu：1～3％、Mn：0.1～0.5％、Cr：0.1～0.5％、Zr：0.1～0.5％、Ti：0.1～0.5％、RE：0.1～0.5％、Be：0.1～0.5％、B：0.1～0.2％，Fe与Si的总和小于0.3％，余量为Al，该铝合金的强度完全能够达到弹用铝合金材料的强度要求，用其制造的弹药药筒完全能够满足发射要求，药筒重量仅为目前同型号药筒重量的38％。

Description

弹用超高强度铝合金
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，特别是用于制造航空中小口径弹药药筒的铝合金。
背景技术
为了使航空弹药轻量化，航空弹药药筒的重量应尽可能轻，而采用铝合金材料制造航空中小口径弹药药筒是降低航空弹药药筒重量最有效的手段。但是，采用铝合金材料制造航空弹药药筒最大的技术障碍是铝合金材料的强度，目前，普通超硬铝合金的强度只能达到560MPa，用其制造的弹药药筒在320MPa～700MPa的高膛压、10000rpm～40000rpm的高转速下易出现横向胀大、开裂，从而导致弹药退壳困难，不能连发，并且有底火漏烟、底火脱落等现象，在11000～76000G高过载条件下易出现变形。这些问题严重影响了弹药轻量化的实施，若要克服这些缺陷，弹用铝合金材料的强度必须要达到680MPa，而目前普通超硬铝合金却不能满足该要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种弹用超高强度铝合金，使其强度能够达到弹用铝合金材料的强度要求。
本发明所述弹用超高强度铝合金的合金成分为：
Zn：8～12％、Mg：1～3％、Cu：1～3％、Mn：0.1～0.5％、Cr：0.1～0.5％、Zr：0.1～0.5％、Ti：0.1～0.5％、RE：0.1～0.5％、Be：0.1～0.5％、B：0.1～0.2％，Fe与Si的总和小于0.3％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。
本发明在原Al-Zn-Mg-Cu系合金的基础上，大幅度提高了Zn、Cu、Mg的含量，使Zn、Mg和Cu的总和在10％以上，并添加了少量的Mn、Cr、Zr、Ti等合金元素，同时控制Fe、Si有害杂质的含量。
Zn和Mg是主要的强化元素，其共同存在时会形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相，η和T相在Al中溶解度很大，且随温度升降剧烈变化。MgZn2在共晶温度下溶解度达28％，在室温下降低到4～5％，有很强的时效强化效果，Zn和Mg含量的提高可使合金强度、硬度大大提高。
Cu与其它元素能产生强化相而提高合金的强度，同时，Cu能降低晶界与晶内电位差，还可以细化晶界沉淀相，但对晶界无析出带的宽度(PFZ)影响较小，其可抑制沿晶开裂的趋势，因而改善了合金的抗应力腐蚀能力。
加入少量的Mn、Cr、Zr等合金元素，可在铸锭均匀化退火时产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迁移，从而提高了再结晶温度，有效地阻止了晶粒的长大，并保证在加热工及热处理后保持未再结晶或部分再结晶组织，使合金强度提高的同时，具有较好的抗应力腐蚀性能。
通过控制合金中Fe、Si有害杂质的含量，来提高合金材料的韧性。
本发明所述弹用超高强度铝合金的熔炼试验在井式电阻炉中进行，熔炼原材料采用高纯Al、纯Zn、纯Mg，合金元素Cu、Mn、Cr、Zr分别以Al-50Cu、Al-10Mn、Al-5Cr、Al-3Zr等中间合金形式加入，熔炼温度控制在700～800℃，精炼温度控制在700～750℃，静置30～45min后进行浇铸，其铸态组织如图1所示。
采用分光光度计、原子吸收光谱仪，以及等离子发射光谱仪检测试验合金中Zn、Mg、Cu、Mn、Cr、Fe、Si、Zr、RE、Be、B等元素的含量，试验合金的成份均控制在本发明的范围内。在原始铸锭组织中，沿晶界分布着大量共晶组织，枝晶网厚且连续。
由Al-Zn-Mg-Cu系合金相图可知，本发明合金的铸态组织由α-Al相、晶间非平衡相(α+AlZnMgCu+CuMgAl2三元共晶相)和夹杂相(Al-Cr、Al-Fe-Si、Al-Cu-Fe)组成。
严格控制锭坯纯净化、均匀化和细晶化，并采用T6处理，合金强度达到700MPa以上，延伸率达到6％以上。经T6处理后合金的纵向和横向组织图分别如图2和图3所示。
本发明弹用超高强度铝合金的主要力学性能如表1；普通高强度铝合金的主要力学性能如表2。
表1弹用超高强度铝合金的主要力学性能
Figure GSA00000103930000031
表2普通高强度铝合金的主要力学性能
Figure GSA00000103930000032
本发明所述弹用超高强度铝合金的强度为700MPa，远大于普通高强度铝合金的强度，完全能够达到弹用铝合金材料强度680MPa级的要求，且延伸率可达到6％以上，故其能够用作制造航空中小口径弹药药筒的铝合金材料，用该铝合金制造的药筒经多次实弹靶试，完全能够满足发射要求，不会出现横向胀大、开裂，以及底火漏烟、底火脱落等现象，并且能够大幅降低药筒的重量，用本发明弹用超高强度铝和金制造的弹药药筒的重量仅为目前同型号药筒重量的38％。
附图说明
图1为本发明所述弹用超高强度铝合金的铸态组织图；
图2为图1所示铝合金在经T6处理后的纵向组织图；
图3为图1所示铝合金在经T6处理后的横向组织图。
具体实施方式
实施方式一：
该弹用超高强度铝合金的合金成分为：
Zn：8％、Mg：3％、Cu：3％、Mn：0.1％、Cr：0.1％、Zr：0.1％、Ti：0.5％、RE：0.5％、Be：0.5％、B：0.1％，Fe与Si的总和为0.1％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。
实施方式二：
该弹用超高强度铝合金的合金成分为：
Zn：12％、Mg：1％、Cu：1％、Mn：0.5％、Cr：0.5％、Zr：0.5％、Ti：0.1％、RE：0.1％、Be：0.1％、B：0.2％，Fe与Si的总和为0.3％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。
实施方式三：
该弹用超高强度铝合金的合金成分为：
Zn：10％、Mg：2％、Cu：2％、Mn：0.3％、Cr：0.3％、Zr：0.3％、Ti：0.3％、RE：0.3％、Be：0.3％、B：0.15％，Fe与Si的总和为0.2％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。

Claims (1)

1.一种弹用超高强度铝合金，其特征在于，合金成分为：
Zn：8～12％、Mg：1～3％、Cu：1～3％、Mn：0.1～0.5％、Cr：0.1～0.5％、Zr：0.1～0.5％、Ti：0.1～0.5％、RE：0.1～0.5％、Be：0.1～0.5％、B：0.1～0.2％，Fe与Si的总和小于0.3％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。
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