CN109022965B - 一种超厚高强度铝合金板及其制备方法 - Google Patents

一种超厚高强度铝合金板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金型材生产领域，涉及一种超厚高强度铝合金板及其制备方法，铝合金板，包括以下质量百分含量的组分：Zn：7.85～8.3％、Mg：2.07～2.10％、Cu：1.66～1.69％、Si：0.035～0.04％、Fe：0.05～0.065％、Ti：0.025％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，对高强铝合金依次进行熔铸、均质化、挤压、固溶处理、拉伸矫直和多级低温时效，通过精确控制Mg和Cu的含量以及制备过程中的工艺参数，使得制备的铝合金板淬火敏感性得到了降低，铝合金板材的机械强度和耐腐蚀性能都得到了提高，制备的型材都能够达到行业的标准，大大的提高了产品成型率。

Description

一种超厚高强度铝合金板及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金型材生产领域，涉及一种超厚高强度铝合金板及其制备方法。
背景技术
7系铝合金具有密度低、强度高、较好的加工性能等特点而广泛用于航天、航空和汽车工业等领域。近年来，为了减轻重量，降低成本，飞机结构件向着大型化及整体化的方向发展，对大截面超厚的7系合金厚板及锻件提出了迫切需求。
高强度7xxx(Al-Zn)铝合金产品广泛用于航空结构应用中，对于某些大型部件比如机翼等通常需要超厚板。然而高厚度铝合金在随着横截面的增加，铝合金板中心的淬火相关冷却速率显着降低，不仅导致整个铝合金板材强度降低，而且铝合金板材的中心和表面之间的强度差异也很大，即淬火敏感性，所以为了降低大截面超厚铝合金板材的淬火敏感性，通常Zn、Mg和Cu合金元素都需要采用适量的元素，尤其是Zn，而现有技术中，Zn的含量基本控制在6％～7％之间，因此对于这种超厚度铝合金的机械强度很难达到标准。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有7系大截面超厚铝合金板材存在的淬火敏感性导致制备的超厚度铝合金板材机械强度很难达标的问题，提供一种超厚高强度铝合金板及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种超厚高强度铝合金板，包括以下质量百分含量的组分：Zn：7.85～8.3％、Mg：2.07～2.10％、Cu：1.66～1.69％、Si：0.035～0.04％、Fe：0.05～0.065％、Ti：0.025％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
进一步，包括以下质量百分含量的组分：Zn：8.0％、Mg：2.10％、Cu：1.68％、Si：0.035％、Fe：0.065％、Ti：0.025％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
一种超厚高强度铝合金板的制备方法，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，将配制好的铝合金原料按照先高熔点后低熔点的顺序依次投入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为464～485℃，保温时间为4～10h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中挤压机的挤压温度为410～440℃，挤压机的挤压速度为4.5～5.0cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为10～25cm；
D、将步骤C挤压后的铝合金板材加热到450～485℃，恒温保持2～5min，得到固溶处理后的铝合金板材；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金板材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在1.7～2.8％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金板材进行低温时效，其中低温时效中的第一阶段低温时效为在110～135℃温度内保持4～24h，第二阶段低温时效为在160～190℃的温度内保持5～20h。
进一步，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
进一步，步骤C中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为430～440℃，中部的加热温度为420～430℃，尾部的加热温度为410～420℃。
进一步，步骤C挤压机的挤压温度为420℃，挤压机的挤压速度为5.0cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为20cm。
进一步，步骤E将固溶处理后的铝合金板材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在2.5％以内。
进一步，步骤E中铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却，冷却速度为150～200℃/min。
进一步，步骤F中低温时效中的第一阶段低温时效为在110～135℃温度内保持15～20h，第二阶段低温时效为在160～190℃的温度内保持15～20h。
本发明的有益效果在于：
1、目前现有技术中公开的技术中对于这种厚度超过2英寸的7系铝合金通常都是控制Zn、Mg、Cu的含量，换言之高Zn、Mg、Cu含量不适用于高厚度的7系铝合金型材，通过本发明超厚高强度铝合金板的制备方法制备的铝合金板发现通过增加Zn的含量，并且精确控制Mg和Cu的含量和制备过程中的工艺参数，发现6系铝合金型材的机械性能耐腐蚀性能不仅仅没有像7系铝合金型材那样降低了，反而增加了，与现有技术相比产生了意外结果，制备的铝合金板淬火敏感性得到了降低，铝合金板材的机械强度和耐腐蚀性能都得到了提高，制备的型材都能够达到行业的标准，大大的提高了产品成型率。
2、通过本发明超厚高强度铝合金板的制备方法制备的铝合金板，将拉伸矫直后的铝合金板材进行低温时效，低温时效和拉伸矫直都能够使得铝合金板材中各元素进一步弥散，使得制备的铝合金板材具有更加细微稳定的微观结构，获得更好的力学性能和耐腐蚀性。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种超厚高强度铝合金板的制备方法，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金板材原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Zn Mg Cu Si Fe Ti 杂质 Al
含量 7.85 2.07 1.66 0.035 0.05 0.025 0.10 余量
将配制好的铝合金原料按照先高熔点后低熔点的顺序依次投入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为464℃，保温时间为10h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中挤压机的挤压温度为410℃，挤压机的挤压速度为4.5cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为25cm；
D、将步骤C挤压后的铝合金板材加热到450℃，恒温保持5min，得到固溶处理后的铝合金板材，其中铝合金板材的加热速率为200℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金板材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在2.0％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h，其中铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却，冷却速度为150℃/min；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金板材进行低温时效，其中低温时效中的第一阶段低温时效为在110～135℃温度内保持24h，第二阶段低温时效为在160～190℃的温度内保持20h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金板材原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Zn Mg Cu Si Fe Ti 杂质 Al
含量 8.3 2.10 1.69 0.04 0.065 0.025 0.10 余量
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤B中将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为485℃，保温时间为4h。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，步骤C中均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中挤压机的挤压温度为420℃，挤压机的挤压速度为5.0cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为20cm。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，步骤C挤压后的铝合金板材加热到485℃，恒温保持2min，得到固溶处理后的铝合金板材，其中铝合金板材的加热速率为300℃/min。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，将步骤D固溶处理后的铝合金板材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在1.7％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h，其中铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却，冷却速度为200℃/min。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，步骤E拉伸矫直后的铝合金板材进行低温时效，其中低温时效中的第一阶段低温时效为在110～135℃温度内保持20h，第二阶段低温时效为在160～190℃的温度内保持15h。
对比例
对比例为常规制备方法制得的7449铝合金。
对比例与实施例1～7得到的航空用超厚铝合金板材力学性能和耐腐蚀性的测试结果见表一，其中耐腐蚀性的测试是在3.5％NaCl的条件下进行腐蚀：
表一：
Figure BDA0001785530570000041
由表一可以看到，通过本发明超厚高强度铝合金板的制备方法制备的铝合金板屈服强度基本为540MPa，抗拉强度基本在575MPa，延伸率在12.5％以上，耐腐蚀天数基本在60天左右，由于精细化调整Zn、Mg和Cu的含量，使得制备的铝合金板淬火敏感性得到了降低，铝合金板材的机械强度和耐腐蚀性能都得到了提高，制备的型材都能够达到行业的标准，大大的提高了产品成型率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，包括以下质量百分含量的组分：Zn：7.85～8.3％、Mg：2.07～2.10％、Cu：1.66～1.69％、Si：0.035～0.04％、Fe：0.05～0.065％、Ti：0.025％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，将配制好的铝合金原料按照先高熔点后低熔点的顺序依次投入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为464～485℃，保温时间为4～10h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中挤压机的挤压温度为410～440℃，挤压机的挤压速度为4.5～5.0cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为10～25cm；
D、将步骤C挤压后的铝合金板材加热到450～485℃，恒温保持2～5min，得到固溶处理后的铝合金板材；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金板材进行拉伸矫直，拉伸量控制在1.7～2.8％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金板材进行低温时效，其中低温时效中的第一阶段低温时效为在110～135℃温度内保持4～24h，第二阶段低温时效为在160～190℃的温度内保持5～20h。
2.如权利要求1所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤A中铝合金原料包括以下质量百分含量的组分：Zn：8.0％、Mg：2.10％、Cu：1.68％、Si：0.035％、Fe：0.065％、Ti：0.025％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
3.如权利要求2所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
4.如权利要求3所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤C中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为430～440℃，中部的加热温度为420～430℃，尾部的加热温度为410～420℃。
5.如权利要求4所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤C挤压机的挤压温度为420℃，挤压机的挤压速度为5.0cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为20cm。
6.如权利要求5所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤E将固溶处理后的铝合金板材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在2.5％以内。
7.如权利要求6所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤E中铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却，冷却速度为150～200℃/min。
8.如权利要求7所述的超厚高强度铝合金板的制备方法，其特征在于，步骤F中低温时效中的第一阶段低温时效为在110～135℃温度内保持15～20h，第二阶段低温时效为在160～190℃的温度内保持15～20h。
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