CN109263179B - 一种抗冲击铝合金复合板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗冲击铝合金复合板材及其制备方法。所述抗冲击铝合金复合板材包括依次连接的第一铝合金层、铝合金连接层、第二铝合金单元、铝合金连接层、第二铝合金层，第二铝合金单元中包括通过铝合金连接层连接的一个或多个第二铝合金层；第一铝合金层、第二铝合金层、铝合金连接层的厚度分别为8～15％、85～92％、1～5％。本发明提供的制备方法可制备出组元层比例可达20％～40％的铝合金复合板材，该铝合金复合板材同时具有高强度和优良的抗冲击性能。

Description

一种抗冲击铝合金复合板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金材料制备领域，具体涉及一种抗冲击铝合金复合板材及其制备方法。

背景技术

随着汽车、轨道交通、建筑、航空航天和军事等工业应用领域向高速、低成本、轻量化方向发展，传统的钢铁材料正逐步被铝合金及铝合金复合材料所替代，同时对铝合金及铝合金复合材料的力学性能提出了更高的要求。例如，在极端情况下，如高速撞击、碰撞、爆炸等瞬间冲击强动力载荷下，要求材料须具有较高的强度和良好的塑性韧性的综合匹配，以保证材料的抗高速冲击损毁性能，从而确保相关人员的安全性和设备的可靠性。

目前，工业化批量生产的单层铝合金材料在单一性能上已经接近极限。与此同时，铝合金层状复合材料因其结构和功能设计性强、综合性能良好、工艺可行性强、减重效果明显，已成为未来的发展趋势，在许多工业应用领域有着广泛的应用前景。

但是，现有技术中在制备铝合金层状复合材料时，主要存在以下问题：(1)累积叠轧工艺和界面清洁控制困难，难以实现大规模铝合金复合板材的连续化生产，生产效率较低，生产成本较高；(2)铸造复合方法对设备、工艺水平、操作技能及自动化控制等均有较高的要求，特别是需要控制浇注速度以形成稳定良好的复合界面，难以实现三层及以上层状复合材料批量化生产。(3)搅拌摩擦焊接方法制备铝合金复合板材时的效率较低，由于不同材料的物理性能差异较大，工艺参数控制难度大，制造成本高，难以制备出变形均匀的厚度大于20mm的复合板材。

热轧复合方法是制备铝合金层状复合板材的主要方法，具有轧制效率高、产品规格大、厚度大、板型控制方便等优点。然而，在100mm以上厚度组坯的热轧复合过程中，轧制变形区的特点是发生表面变形，即沿断面高向压缩变形难以深入到轧件的芯部，界面附近塑性变形小且两层的变形不均匀，热轧复合时容易产生界面滑动和翘曲。因此，现有的热轧复合工艺仅适用于制备层数小于五层、组元层结构厚度比例低于15％、热轧初始厚度低于100mm、成品厚度低于15mm的复合板材。

并且，在热轧复合过程中，钛/铝、镁/铝、钛/铜等层状复合材料由于异种合金的热膨胀系数、弹性模量和加工性能的差别较大，难以大规模批量加工成形，且易在两种合金的界面处反应生成硬脆的Ti-Al、Mg-Al、Ti-Cu等中间化合物，严重影响复合材料的界面结合性能。

目前的铝合金材料中，强度较高的铝合金材料，塑性和韧性较低，在受到冲击作用时会发生碎片崩落；塑性和韧性较高的铝合金材料，强度较低，在受到冲击作用时，材料被冲击能量直接贯穿。虽然目前材料的强度或塑韧性均可以接近该来材料的性能极限，但是综合性能却难以同时达到较高水平，导致现有的高强度的铝合金材料抗冲击性能不足。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种铝合金复合板材及其制备方法，能够获得具有高强度的且抗冲击的铝合金复合板材，并实现批量化生产。

本发明提供了一种抗冲击铝合金复合板材，包括依次连接的第一铝合金层、铝合金连接层、第二铝合金单元、铝合金连接层、第二铝合金层，所述第二铝合金单元中包括一个或多个所述第二铝合金层，所述第二铝合金单元中所述第二铝合金层之间通过所述铝合金连接层连接；

所述抗冲击铝合金复合板材中，所述第一铝合金层的厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的8～15％、所述第二铝合金层的厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的85～92％、所述铝合金连接层的厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的1～5％。

作为本发明优选的实施方式，所述第一铝合金层为7000系铝合金。

进一步地，所述第一铝合金层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.1～0.3％，Fe为0.12～0.45％，Cu为0.05～1.1％，Mn为0.1～0.7％，Mg为0.7～2.0％，Cr为0.1～0.25％，Zn为4.0～5.5％，Zr为0～0.2％，Ti为0.05～0.15％，其余为Al和总重量＜0.15％的不可避免杂质。

作为本发明优选的实施方式，所述第二铝合金层为7000系铝合金。

进一步地，所述第二铝合金层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.1～0.4％，Fe为0.06～0.5％，Cu为0.2～2.6％，Mn为0.1～0.3％，Mg为1.7～3.2％，Cr为0.1～0.35％，Zn为5.5～8.7％，Zr为0～0.18％，Ti为0.03～0.2％，其余为Al和总重量＜0.15％的不可避免杂质。

作为本发明优选的实施方式，所述铝合金连接层为7000系铝合金。

进一步地，所述铝合金连接层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.2～0.6％，Fe为0.2～0.7％，Cu为0.05～0.1％，Mn为0.05～1.5％，Mg为0～1.5％，Cr为0～0.25％，Zn为0.8～2.0％，其余为Al和总重量＜0.15％的不可避免杂质。

作为本发明优选的实施方式，所述抗冲击铝合金复合板材的层数为五层或五层以上。

作为本发明优选的实施方式，所述第一铝合金层、所述铝合金连接层、所述第二铝合金单元的总厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的20～40％。

本发明还提供了一种上述抗冲击铝合金复合板材的制备方法，包括步骤：

(1)按照所述第一铝合金层、第二铝合金层、铝合金连接层的合金含量分别熔铸制备厚度均为350～450mm的第一铝合金铸锭、第二铝合金铸锭、铝合金连接层铸锭，并对所述第一铝合金铸锭、第二铝合金铸锭、铝合金连接层铸锭依次进行均匀化处理、表面铣削处理、锯切头尾处理；

(2)将所述步骤(1)得到的铝合金连接层铸锭进行多道次热轧至厚度为8～20mm，得到所述铝合金连接层；

(3)将所述步骤(1)得到的第二铝合金铸锭和所述步骤(2)得到的铝合金连接层叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥80％，得到组坯A；将所述步骤(1)得到的第一铝合金铸锭和所述步骤(2)得到的铝合金连接层叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥80％，得到组坯Y；

将所述组坯A和所述步骤(1)得到的第二铝合金铸锭叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量为30～55％，得到组坯B；其中，所述组坯A的铝合金连接层与所述第二铝合金铸锭接触；

将所述组坯B和所述组坯Y叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥70％，得到厚度为12～40mm的热轧板材；其中，所述组坯Y的铝合金连接层与所述组坯B接触；

(4)所述热轧板材进行固溶淬火、预拉伸、时效处理，得到所述抗冲击铝合金复合板材。

作为本发明优选的实施方式，所述步骤(3)中，在制备所述热轧板材之前，还包括由所述组坯B制备组坯C的步骤：

将得到的所述组坯B与所述组坯A叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量为30～55％，得到组坯C；其中，所述组坯A的铝合金连接层与所述组坯B接触；

将所述组坯C和所述组坯Y叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥70％，得到厚度为12～40mm的热轧板材；其中，所述组坯Y的铝合金连接层与所述组坯C接触。

作为本发明优选的实施方式，所述步骤(3)中，在制备所述热轧板材之前，还包括由所述组坯B制备组坯D的步骤：

将所述组坯B与多个所述组坯A分别进行多次热轧复合，且每次所述热轧复合过程的热轧变形量控制为30～55％，得到组坯D；

将所述组坯D与所述组坯Y在热轧变形量≥70％的条件下进行热轧复合，得到厚度为12～40mm的热轧板材；其中，所述组坯Y的铝合金连接层与所述组坯D接触。

作为本发明优选的实施方式，在所述步骤(3)的各个热轧复合过程中，厚度较小的原料的厚度与原料的总厚度比≤15％。

本发明制备的抗冲击的铝合金复合板材，以高强低塑韧性的高强铝合金层作为冲击入射面，用于抵抗、消耗冲击能量，以高塑韧性的中强铝合金层为背面，具有拉长纤维层状组织、多组元层界面的非对称复合结构。本发明的铝合金复合板材在受到垂直于板材表面方向的冲击侵彻时，由高强铝合金层抵抗、消耗冲击的能量，裂纹优先沿着平行于板面方向的层状纤维和界面发生扩展，大大增加了裂纹扩展的路径，改变了部分裂纹的扩展方向，吸收并降低了冲击能量。冲击作用的末端由高塑韧性的中强铝合金通过塑性变形来吸收剩余的冲击能量，因而具有优良的抗冲击性能。

同时，本发明提供多组坯、多次热轧复合的制备工艺，解决了大规格厚板轧制复合只发生表面变形、组元层厚度比例低于15％的技术难题。本发明的制备方法能够实现大规格铝合金厚板的连续化批量生产，对于初始厚度超过300mm的厚板，轧制后的成品总厚度能够达到12～40mm，且生产效率较高。

附图说明

图1为本发明提供的抗冲击的铝合金复合板材的结构示意图。

图2为第二铝合金单元的局部示意图。

图3为本发明提供的制备方法中热轧复合过程的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

目前，提高铝合金材料的抗冲击性能主要是通过如下两种方法实现的：一是提高单一铝合金材料本身的强度和塑韧性，使其既具有较高的强度来抵抗冲击，又有较好的塑韧性产生塑性变形而吸收冲击能量；二是采用具有叠层结构的铝合金复合材料，发挥各自的高强度和高塑韧性的特点，从而获得优良的综合力学性能和抗冲击性能。

如图1所示，为本发明提供的一种抗冲击铝合金复合板材的结构示意图。

本发明提供的抗冲击的铝合金复合板材由多层铝合金层组成。本发明中，该多层铝合金层包括第一铝合金层、第二铝合金层、铝合金连接层。

由图1所示，本发明的抗冲击的铝合金复合板材包括依次连接的第一铝合金层a、铝合金连接层b、第二铝合金单元d、铝合金连接层b、第二铝合金层e。

如图2，为第二铝合金单元d的局部示意图。本发明的第二铝合金单元d中包括一个或多个第二铝合金层e，第二铝合金层e之间通过铝合金连接层b连接。

图2中仅示出了第二铝合金单元d中含有两层第二铝合金层e的情况，在本发明的不同实施方式中，并不限制第二铝合金单元d中包括的第二铝合金层e的数量。

作为本发明可选的实施方式，第一铝合金层、第二铝合金层、铝合金连接层均选用7000系铝合金。

更优选的，第一铝合金层选用中强铝合金层。本发明的第一铝合金层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.1～0.3％，Fe为0.12～0.45％，Cu为0.05～1.1％，Mn为0.1～0.7％，Mg为0.7～2.0％，Cr为0.1～0.25％，Zn为4.0～5.5％，Zr为0～0.2％，Ti为0.05～0.15％，其余为Al和总重量＜0.15％的不可避免杂质。

更优选的，第二铝合金层选用高强铝合金层。本发明的第二铝合金层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.1～0.4％，Fe为0.06～0.5％，Cu为0.2～2.6％，Mn为0.1～0.3％，Mg为1.7～3.2％，Cr为0.1～0.35％，Zn为5.5～8.7％，Zr为0～0.18％，Ti为0.03～0.2％，其余为Al和总重量＜0.15％的不可避免杂质。

更优选的，铝合金连接层选用低强铝合金层。本发明的铝合金连接层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.2～0.6％，Fe为0.2～0.7％，Cu为0.05～0.1％，Mn为0.05～1.5％，Mg为0～1.5％，Cr为0～0.25％，Zn为0.8～2.0％，其余为Al和总重量＜0.15％的不可避免杂质。

本发明提供的抗冲击的铝合金复合板材的层数为五层或五层以上。

本发明提供的抗冲击铝合金复合板材中，第一铝合金层的厚度占抗冲击铝合金复合板材总厚度的8～15％，第二铝合金层的厚度占抗冲击铝合金复合板材总厚度的85～92％，铝合金连接层的厚度占抗冲击铝合金复合板材总厚度的1～5％。

可选的，由图1，本发明得到的抗冲击铝合金复合板材产品中，第一铝合金层a、铝合金连接层b、第二铝合金单元d、铝合金连接层b的总厚度占抗冲击铝合金复合板材总厚度的20～40％。本发明制备的该种铝合金复合板材产品能够形成多个复合界面，冲击过程中的能量能够沿着垂直冲击方向(即平行于板面方向)传播消减，起到分散、消耗能量的作用。

本发明提供的抗冲击的铝合金复合板材产品中，第二铝合金层(即高强铝合金层)作为冲击入射面，用于抵抗、消耗冲击能量；铝合金连接层(即低强铝合金层)由于强度较低、塑韧性较好，用于连接各铝合金层；第一铝合金层(即中强铝合金层)通过塑性变形吸收剩余的冲击能量，能够防止第二铝合金层冲击碎片崩落。

本发明的抗冲击铝合金复合板材，在受到冲击时，应用界面开裂和界面吸能的原理制备出拉长纤维层状组织、多组元层界面的非对称复合结构，通过增加裂纹扩展的路径和改变裂纹扩展的方向，消耗、吸收大部分的冲击能量，因此具有优良的抗冲击性能。

同时，本发明还提供了一种上述抗冲击铝合金复合板材的制备方法，包括如下步骤：

(1)合金熔铸

按照上述的第一铝合金层、第二铝合金层、铝合金连接层的合金含量分别进行熔铸，制备得到厚度均为350～450mm的第一铝合金铸锭、第二铝合金铸锭和铝合金连接层铸锭。

具体的，第一铝合金铸锭、第二铝合金铸锭和铝合金连接层铸锭的规格为(350～450)×1620×7000mm。

本发明的合金熔铸过程采用的是熔炼和半连续铸造的方法。本发明中，不限制熔铸过程的工艺条件，以能得到所需的铸锭为准。

本步骤中还包括：对第一铝合金铸锭和第二铝合金铸锭在420～460℃均匀化退火处理36～42h，对铝合金连接层铸锭在430～470℃均匀化退火处理20～24h。

按照实际应用的需求，对上述经均匀化退火处理后的各铸锭依次进行表面铣削处理、锯切头尾处理后，尺寸约为(330～430)×1620×6500mm。

(2)铝合金连接层铸锭的热轧处理

铝合金连接层铸锭进行多道次热轧至厚度为8～20mm，得到铝合金连接层。

(3)多层铝合金层的热轧复合

①将步骤(1)得到的第二铝合金铸锭和步骤(2)得到的铝合金连接层叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥80％，得到组坯A。并且，将步骤(1)得到的第一铝合金铸锭和步骤(2)得到的铝合金连接层叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥80％，得到组坯Y。

作为本发明优选的实施方式，还包括热处理步骤：第一铝合金铸锭和铝合金连接层叠放在一起后，将第一铝合金铸锭和铝合金连接层的头部焊接，加热至445～455℃保温10～14h，在热轧变形量≥80％的条件下，对第一铝合金铸锭和铝合金连接层进行热轧复合。并且，将第二铝合金铸锭和铝合金连接层叠放在一起后，将第二铝合金铸锭和铝合金连接层的头部焊接，加热至445～455℃保温10～14h，在热轧变形量≥80％的条件下，对第二铝合金铸锭和铝合金连接层进行热轧复合。

可选的，组坯A和组坯Y的厚度均为15～70mm。

②将组坯A和步骤(1)得到的第二铝合金铸锭叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量为30～55％，得到组坯B。叠放时，组坯A的铝合金连接层与第二铝合金铸锭接触。

作为本发明优选的实施方式，还包括热处理步骤：组坯A和第二铝合金铸锭叠放在一起后，将组坯A和第二铝合金铸锭的头部焊接，加热至445～455℃保温10～14h，在热轧变形量为30～55％的条件下，对组坯A和第二铝合金铸锭进行热轧复合。

③将组坯B和组坯Y叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥70％，得到厚度为12～40mm的热轧板材。叠放时，组坯Y的铝合金连接层与组坯B接触。

作为本发明优选的实施方式，还包括热处理步骤：将组坯B和组坯Y叠放在一起后，将将组坯B和组坯Y的头部焊接，加热至445～455℃保温10～14h，在热轧变形量≥70％的条件下进行热轧复合。

由上述步骤制备的热轧板材包括五层铝合金层。

根据不同的生产需求，利用本发明的方法还能够制备出五层以上的铝合金复合板材。

如图3所示，为本发明的其中一个实施例中进行热轧复合过程的示意图。

作为本发明可选的实施方式，步骤②中还能够包括由组坯B制备组坯C的步骤：

将得到的组坯B与组坯A叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量为30～55％，得到组坯C。叠放时，组坯A的铝合金连接层与组坯B接触。并且，还包括在步骤②所述的加热处理和热轧变形量条件下，对组坯B和组坯A进行热处理。

将组坯C与组坯Y叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥70％，得到厚度为12～40mm的热轧板材。叠放时，组坯Y的铝合金连接层与组坯C接触。

在本发明的不同实施方式中，还能够包括由组坯B和多个组坯A制备组坯D的过程：按照上述的热轧复合方法，将组坯B与多个组坯A分别进行多次热轧复合，每次热轧变形量均控制为30～55％。并且，每次热轧复合过程中进行叠放时，使得组坯A的铝合金连接层与待热轧的组坯接触。然后，将得到的组坯D与组坯Y在热轧变形量≥70％的条件下进行热轧复合，得到厚度为12～40mm的热轧板材。叠放时，组坯Y的铝合金连接层与组坯D接触。

在本发明中，组坯B与一个或多个组坯A进行热轧复合的过程是指将组坯B与一个或多个组坯A分别依次进行热轧复合，具体的：将组坯B与组坯A热轧复合得到组坯C、组坯C再与组坯A进行热轧复合得到组坯D1、组坯D1再与组坯A热轧复合得到组坯D2、组坯D2再与组坯A热轧复合得到组坯D3……等等，能够分别制备出七层、九层、十一层、十三层……等的热轧板材。根据不同的生产需求，技术人员可选择使得组坯B与相应数量的组坯A分别依次进行上述的热轧复合过程。

本步骤所得到的热轧板材的厚度为12～40mm。

作为本发明优选的实施方式，在本步骤(3)所涉及的各个热轧复合过程中，对于待进行热轧复合的两种原材料组坯，厚度较小的其中一种原料的厚度与原料总的厚度比≤15％，在该厚度比例条件下进行热轧复合时，由于其中一种原料的厚度较小，使得热轧复合过程所施加的压力能够较好且较均匀的传导到两种原材料轧制界面上，使得二者可以更好的结合，所得到各组坯的界面结合强度较大。

(4)上述步骤得到的热轧板材进行固溶淬火、预拉伸、时效处理，得到多层的抗冲击铝合金复合板材。

本发明制备的抗冲击铝合金复合板材的厚度为12～40mm。

实施例1

本实施例制备抗冲击铝合金复合板材的步骤如下：

(1)合金熔铸：分别选取牌号7A01的铝合金作为铝合金连接层、牌号7039的铝合金作为第一铝合金层、牌号7050的铝合金作为第二铝合金层，并按照其各自的标准成分配制并熔炼、半连续铸造合金，分别得到尺寸均为400×1620×7000mm的铸锭。铸造后，7A01铝合金进行470℃均匀化退火处理20h，7039铝合金和7050铝合金进行430℃均匀化退火处理42h。

上述各铸锭经表面铣削处理，并锯切头尾后尺寸约为380×1620×6500mm。

(2)7A01铝合金热轧：将7A01铝合金从厚度380mm热轧至厚度为10mm，并切断成6500mm长的板材。

(3)多层铝合金层的热轧复合：

①分别将厚度为10mm的7A01板材和厚度为380mm的7050铸锭、厚度为10mm的7A01板材和厚度为380mm的7039铸锭按顺序叠放并焊接头部，加热至455℃保温10h，经80％以上热轧变形量分别进行热轧，再切断至长度为6500mm，得到厚度分别为60mm、30mm的7A01-7050组坯A和厚度为15mm的7A01-7039组坯Y。

②将经表面处理后厚度60mm的7A01-7050组坯A和厚度为380mm的7050铝合金铸锭，按照7050-7A01-7050的顺序叠放并焊接头部，加热至455℃保温10h，经50％的热轧变形量热轧至厚度为220mm，再切断成长为6500mm，得到7050-7A01-7050组坯B。

将经表面处理后厚度30mm的7A01-7050组坯A和组坯B，按照组坯A-组坯B的顺序叠放并焊接头部，加热至455℃保温10h，经50％热轧变形量热轧至厚度为125mm，再切断成长为6500mm，得到7050-7A01-7050-7A01-7050组坯C。

③将经表面处理后厚度125mm的7050-7A01-7050-7A01-7050组坯C和厚度15mm的7A01-7039组坯Y，按照组坯Y-组坯C顺序叠放并焊接头部，加热至455℃保温10h，经85.7％的热轧变形量热轧至厚度为20mm，再切断得到各种长度的7039-7A01-7050-7A01-7050-7A01-7050七层热轧板材。

(4)热轧板材经后续的固溶淬火处理、预拉伸、时效处理，得到高强度且抗冲击的铝合金复合板材。

本实施例制备的七层的抗冲击铝合金复合板材的厚度为20mm，7050铝合金层占总厚度的89％，7039铝合金层占总厚度的10％。其中的六层组元层(7039-7A01-7050-7A01-7050-7A01)的厚度占总厚度比例为32％。

本实施例制备的抗冲击铝合金复合板材的抗拉强度为581MPa，屈服强度为523MPa，防护性能满足GJB 59.18标准的防护要求。

实施例2

本实施例制备抗冲击铝合金复合板材的步骤如下：

(1)合金熔铸：分别选取牌号为7072的铝合金作为铝合金连接层、牌号为7A52的铝合金作为第一铝合金层、牌号为7075的铝合金作为第二铝合金层，并按照其各自的标准成分配制并熔炼、半连续铸造合金，分别得到尺寸均为350×1620×7000mm的铸锭。铸造后，7072铝合金进行430℃均匀化退火处理24h，7A52铝合金和7075铝合金进行450℃均匀化退火处理40h。

上述各铸锭经表面铣削处理，并锯切头尾后尺寸约为330×1620×6500mm。

(2)7072铝合金热轧：将7072铝合金从厚度330mm热轧至厚度为8mm，切断成6500mm长的板材。

(3)多层铝合金层的热轧复合：

①分别将厚度为8mm的7072板材和厚度为330mm的7075铸锭、厚度为8mm的7072板材和厚度为330mm的7A52铸锭按顺序叠放并焊接头部，加热至445℃保温14h，经85％以上热轧变形量分别进行热轧，再切断至长度为6500mm，得到厚度为50mm的7072-7075组坯A和厚度为24mm的7072-7A52组坯Y。

②将经表面处理后厚度为50mm的7072-7075组坯A和厚度为330mm的7075铸锭，按照7075-7072-7075顺序叠放并焊接头部，加热至445℃保温14h，经52.6％热轧变形量热轧至厚度为180mm，再切断成6500mm长的7075-7072-7075组坯B。

③将经表面处理后厚度180mm的7075-7072-7075组坯B和厚度24mm的7072-7A52组坯Y，按照组坯Y-组坯B的顺序叠放并焊接头部，加热至445℃保温14h，经94.1％热轧变形量热轧至12mm，再切断得到各种长度的7A52-7072-7075-7072-7075五层热轧板材。

(4)热轧板材经后续的固溶淬火处理、预拉伸、时效处理，得到高强度且抗冲击的铝合金复合板材。

本实施例制备的五层的抗冲击铝合金复合板材的厚度为12mm，7075铝合金层占总厚度的88％，7A52铝合金层占总厚度的11％。其中的四层组元层(7A52-7072-7075-7072)的厚度占板材总厚度的比例为23％。

本实施例制备的抗冲击铝合金复合板材的抗拉强度为542MPa，屈服强度为502MPa，防护性能满足GA 668标准防护要求。

实施例3

本实施例制备抗冲击铝合金复合板材的步骤如下：

(1)合金熔铸：分别选取牌号为7072的铝合金作为铝合金连接层、牌号为7N01的铝合金作为第一铝合金层、牌号为7055的铝合金作为第二铝合金层，并按照其各自的标准成分配制并熔炼、半连续铸造合金，分别得到尺寸均为450×1620×7000mm的铸锭。铸造后，7072进行450℃均匀化退火处理22h，7N01铝合金和7055铝合金进行460℃均匀化退火处理36h。

上述各铸锭经表面铣削处理，并锯切头部和尾部后尺寸约为430×1620×6500mm。

(2)7072铝合金热轧：将7072铝合金从厚度430mm热轧至厚度为20mm，切断成6500mm长的板材。

(3)多层铝合金层的热轧复合：

①分别将厚度为20mm的7072板材和厚度为430mm的7N01铸锭、厚度为20mm的7072板材和厚度为430mm的7055铸锭按顺序叠放并焊接头部，加热至450℃保温12h，经80％以上热轧变形量分别进行热轧，再切断至长度为6500mm，得到厚度分别为70mm、49mm、29mm的7072-7055组坯A和厚度为17mm的7072-7N01组坯Y。

②将经表面处理后厚度70mm的7072-7055组坯A和厚度430mm的7055铸锭，按照7055-7072-7055顺序叠放并焊接头部，加热至450℃保温12h，经30％热轧变形量热轧至厚度为350mm，再切断成6500mm长的7055-7072-7055组坯B。

将经表面处理后厚度49mm的7072-7055组坯A和厚度为350mm的7055-7072-7055组坯B，按照7055-7072-7055-7072-7055顺序叠放并焊接头部，加热至450℃保温12h，经40％热轧变形量热轧至厚度为240mm，再切断成6500mm长的7055-7072-7055-7072-7055组坯C。

将经表面处理后厚度29mm的7072-7055组坯A和厚度240mm的7055-7072-7055-7072-7055组坯C，按照7055-7072-7055-7072-7055-7072-7055顺序叠放并焊接头部，加热至450℃保温12h，经40％热轧变形量热轧至厚度为160mm，再切断成6500mm长的7055-7072-7055-7072-7055-7072-7055七层组坯D。

③将经表面处理后厚度17mm的7072-7N01组坯Y和厚度160mm的七层组坯D，按照组坯Y-组坯D的顺序叠放并焊接头部，加热至450℃保温12h，经77.4％热轧变形量热轧至厚度为40mm，再切断得到各种长度的7N01-7072-7055-7072-7055-7072-7055-7072-7055九层的热轧板材。

(4)热轧板材经后续的固溶淬火处理、预拉伸、时效处理，得到高强度且抗冲击的铝合金复合板材。

本实施例制备的九层的抗冲击铝合金复合板材的厚度为40mm，7055铝合金层占总厚度的89％，7N01铝合金层占总厚度的9％。其中的八层组元层(7N01-7072-7055-7072-7055-7072-7055-7072)的厚度占总厚度的比例为38％。

本实施例制备的抗冲击铝合金复合板材的抗拉强度为564MPa，屈服强度为510MPa，防护性能满足GJB 59.18标准防护要求。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种抗冲击铝合金复合板材，其特征在于，所述抗冲击铝合金复合板材包括依次连接的第一铝合金层、铝合金连接层、第二铝合金单元、铝合金连接层、第二铝合金层，所述第二铝合金单元中包括一个或多个所述第二铝合金层，所述第二铝合金单元中的第二铝合金层之间通过所述铝合金连接层连接；

所述抗冲击铝合金复合板材中，所述第一铝合金层的厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的8～15%、所述第二铝合金层的厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的85～92%、所述铝合金连接层的厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的1～5%；

其中，所述抗冲击铝合金复合板材具有非对称复合结构；

所述第二铝合金层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.1～0.4%，Fe为0.06～0.5%，Cu为0.2～2.6%，Mn为0.1～0.3%，Mg为1.7～3.2%，Cr为0.1～0.35%，Zn为5.5～8.7%，Zr为0～0.18%，Ti为0.03～0.2%，其余为Al和总重量＜0.15%的不可避免杂质；

所述第一铝合金层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.1～0.3%，Fe为0.12～0.45%，Cu为0.05～1.1%，Mn为0.1～0.7%，Mg为0.7～2.0%，Cr为0.1～0.25%，Zn为4.0～5.5%，Zr为0～0.2%，Ti为0.05～0.15%，其余为Al和总重量＜0.15%的不可避免杂质；

所述铝合金连接层中含有的主要元素及重量比为：Si为0.2～0.6%，Fe为0.2～0.7%，Cu为0.05～0.1%，Mn为0.05～1.5%，Mg为0～1.5%，Cr为0～0.25%，Zn为0.8～2.0%，其余为Al和总重量＜0.15%的不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的抗冲击铝合金复合板材，其特征在于，所述抗冲击铝合金复合板材的层数为五层以上。

3.根据权利要求1所述的抗冲击铝合金复合板材，其特征在于，所述第一铝合金层、所述铝合金连接层、所述第二铝合金单元的总厚度占所述抗冲击铝合金复合板材总厚度的20～40%。

4.一种权利要求1-3中任一所述的抗冲击铝合金复合板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

（1）按照所述第一铝合金层、第二铝合金层、铝合金连接层的合金含量分别熔铸制备厚度均为350～450mm的第一铝合金铸锭、第二铝合金铸锭、铝合金连接层铸锭，并对所述第一铝合金铸锭、第二铝合金铸锭、铝合金连接层铸锭依次进行均匀化处理、表面铣削处理、锯切头尾处理；

（2）将所述步骤（1）得到的铝合金连接层铸锭进行多道次热轧至厚度为8～20mm，得到所述铝合金连接层；

（3）将所述步骤（1）得到的第二铝合金铸锭和所述步骤（2）得到的铝合金连接层叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥80%，得到组坯A；将所述步骤（1）得到的第一铝合金铸锭和所述步骤（2）得到的铝合金连接层叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥80%，得到组坯Y；

将所述组坯A和所述步骤（1）得到的第二铝合金铸锭叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量为30～55%，得到组坯B；其中，所述组坯A的铝合金连接层与所述第二铝合金铸锭接触；

将所述组坯B和所述组坯Y叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥70%，得到厚度为12～40mm的热轧板材；其中，所述组坯Y的铝合金连接层与所述组坯B接触；

（4）所述热轧板材进行固溶淬火、预拉伸、时效处理，得到所述抗冲击铝合金复合板材。

5.根据权利要求4所述的抗冲击铝合金复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在制备所述热轧板材之前，还包括由所述组坯B制备组坯C的步骤：

将得到的所述组坯B与所述组坯A叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量为30～55%，得到组坯C；其中，所述组坯A的铝合金连接层与所述组坯B接触；

将所述组坯C和所述组坯Y叠放在一起后进行热轧复合，热轧变形量≥70%，得到厚度为12～40mm的热轧板材；其中，所述组坯Y的铝合金连接层与所述组坯C接触。

6.根据权利要求4所述的抗冲击铝合金复合板材的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在制备所述热轧板材之前，还包括由所述组坯B制备组坯D的步骤：

将所述组坯B与多个所述组坯A分别进行多次热轧复合，且每次所述热轧复合过程的热轧变形量控制为30～55%，得到组坯D；

将所述组坯D与所述组坯Y在热轧变形量≥70%的条件下进行热轧复合，得到厚度为12～40mm的热轧板材；其中，所述组坯Y的铝合金连接层与所述组坯D接触。

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