专利名称：高强、高韧铝合金预拉伸厚板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金预拉伸厚板及其制造方法。
背景技术：
高强、高韧铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，该合金板材热处理后具 有优良的综合性能，其大规格预拉伸厚板具有易加工及加工后不翘曲等特点， 近些年来已越来越多地取代大型模锻件用于大型军用机种的壁板、隔框、翼梁 等重要结构件，可有效减少材料的强度损失、减轻飞机本体重量，简化飞机的 生产制造工序，对航空工业的发展有促进作用。
60年代以前，飞机结构设计的主导思想是追求材料的高的静强度，无论 在合金设计还是在热处理研究方面都极力着眼于提高合金的强度指标，当时飞 机上采用最多的有前苏联的B95-T1和美国的2024-T4、 7075-T6铝合金板材。 随着航空与航天工业的迅速发展，对铝合金材料的性能要求越来越高。1960 1970年间，北美和西欧从对飞机材料应力腐蚀开裂事故分析中认识到，对铝 合金结构材料的要求不仅是静强度和刚度，而且还必须具有较好的抗应力腐蚀 能力，有较高的疲劳强度，并有较好的断裂韧性，这样才能使铝合金结构材料 在恶劣的工作环境下长时间安全可靠的工作。研究表明，在铝合金结构材料组 成中对这些性能影响最大的因素是铝合金结构材料中的不溶化合物等第二相， 在7A04铝合金中，由于Fe、 Si等元素加入量不合理，形成难溶化合物或在铸 造时产生共晶化合物，导致铝合金结构材料的韧性差、强度低。因此，铝合金 结构材料采用高纯铝，控制Fe、 Si杂质含量，调整主要成分使杂质弥散相的 数量减小，以改善铝合金结构材料的韧性，提高铝合金结构材料的强度，以此 为原则各国研制出了改良型的新合金，如美国在7075合金基础上研制出了 7175和7475合金，并在F-16、 C-58飞机上率先得到应用；前苏联的B95改 良型为B95mi、 B95oq，在"苏二七"机种上获得应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强、高韧铝合金预拉伸厚板及其制造方法，以 解决7A04铝合金中，由于Fe、 Si等元素加入量不合理，形成难溶化合物或在铸造时产生共晶化合物，导致铝合金结构材料的韧性差、强度低，无法满足在 恶劣的工作环境下长时间安全可靠工作的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明的高强、高韧铝合
金预拉伸厚板，所述厚板按重量百分比由1.40%-2.00%的01、 1.80%-2.80%的 Mg、 0.20%-0.60%的Mn、 0. 10%-0.25%的Cr、 5.00%-6.50%的Zn、 0-0.10% 的Si、 0.05%-0.25%的Fe、 0-0.05%的Ti、 0-0.10%的Ni、 0.01-0.05%的单个 杂质、0.01-0.10%的合计杂质和余量的Al组成，厚板的厚度为11mm 85mm; 本发明的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制备方法由以下步骤完成 一、扁铝 合金铸锭的熔炼与铸造；二、对扁铝合金铸锭均匀化退火，熔炼炉温设定为 49CTC，加热5h 7h;再将熔炼炉温设定为455。C，加热49h 51h，将扁铝合 金铸锭加热至45(rC 46(TC;三、对扁铝合金铸锭热轧，热轧时铸锭加热温度 为370。C 42(TC，保温lh 2h;其热轧板厚度为11mm 85mm的板材，四、对 热轧后的板材进行淬火预拉伸先用辊底淬火炉对厚板进行淬火处理固溶处
理的温度为470°C±2°C ，保温lh~2h，转移时间小于30s，冷却水温度小于30°C ， 淬火后6h内将厚板进行预拉伸，预拉伸塑性变形量控制在2.0%~2.5%之间； 五、对预拉伸后的铝合金厚板时效处理1、单级时效时效温度为 115°C~125°C，保温23h 25h; 2、双级时效其中， 一级时效温度为110°C~120°C， 保温7h 9h; 二级时效温度为160°C~170°C，保温19h 20h。
本发明的有益效果是本发明的铝合金预拉伸厚板通过降低Fe、 Si杂质 含量和控制Zn、 Mg、 Cu的含量，25 mm厚板在应力水平小于280 Mpa的情 况下，疲劳寿命基本都能达到107数量级；在超过107次应力循环后没有断裂。 断裂韧性L-T: 34.09MPa'm1/2、T-L: 27.16MPa'm"2。本发明的铝合金预拉伸厚 板的综合性能高于7A04。本发明的方法操作简单，用所述方法制成的铝合金 预拉伸厚板在板厚为50mm时，其抗拉强度Rm为517 Mpa 538Mpa (标准为 490 Mpa 560Mpa)、屈服强度Rpo.2为447 Mpa ~470 Mpa (标准为420 Mpa 500Mpa)、延伸率A为12.0~12.5 (标准为^7.0)，其抗应力腐蚀能力、疲劳 强度和断裂韧性均有明显提高，可满足在恶劣的工作环境下长时间安全可靠的 工作。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式的高强、高韧铝合金预拉伸厚板，所述厚板按重量百分比由1.40%-2.00%的01、1.80%-2.80°/0的]^%、0.20°/0-0.60°/0的Mn、 0. 10%画0.25%的Cr、 5.00%醒6.50%的Zn、 0-0.10%的Si、 0.05%-0.25%的 Fe、 0-0.05%的Ti、 0-0.10%的Ni、 0.01-0.05%的单个杂质、0.01-0.10%的合计
杂质和余量的Al组成，厚板的厚度为11mm 85mm，所述厚板的型号为7B04。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是本实施方式 的厚板按重量百分比由1.70。/q的Cu、 2.40。/o的Mg、 0.40°/。的Mn、 0.15%的 Cr、 6.00%的Zn、 0.05%的Si、 0.15%的Fe、 0.03%的Ti、 0.05%的Ni、 0.03% 的单个杂质、0.05%的合计杂质和余量的Al组成，厚板的厚度为50mm。
具体实施方式
三本实施方式的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法 由以下步骤完成 一、扁铝合金铸锭的熔炼与铸造；二、对扁铝合金铸锭均匀 化退火，熔炼炉温设定为49(TC，加热5h 7h;再将熔炼炉温设定为455。C， 加热49h 51h，将扁铝合金铸锭加热至45(rC 46(TC;三、对扁铝合金铸锭热 轧，热轧时铸锭加热温度为370°C~420°C，保温lh 2h;其热轧板厚度为 11mm 85mm的板材，四、对热轧后的板材进行淬火预拉伸先用辊底淬火炉 对厚板进行淬火处理，淬火固溶处理的温度为47(TC士2"C，保温lh 2h，转 移时间小于30s，冷却水温度小于3(TC，淬火后6h内将厚板进行预拉伸，预 拉伸塑性变形量控制在2.0%~2.5%之间；板材的平面度满足要求，内部的残余 应力也降至最低，解决了机械加工翘曲变形的难题；五、对预拉伸后的铝合金 厚板时效处理1、单级时效时效温度为115°C~125°C，保温23h 25h; 2、 双级时效其中， 一级时效温度为110°C 120°C，保温7 9h; 二级时效温度为 160。C 170。C，保温19h 20h。
通过均匀化退火，能消除晶体内偏析和铸造应力，使板材具有较好的加工 性能。本发明通过降低Fe、 Si杂质含量，Zn、 Mg、 Cu的值控制在中、上限， 其综合性能最好。
具体实施方式
四本实施方式的步骤一中，所述扁铝合金铸锭的熔炼原材 料由纯铝锭、铝锭、电解铜、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cr中间合金和Al-Mn中间 合金组成，所述Al-Cr中间合金中Cr的加入量占Al-Cr中间合金总重量的4%， 所述Al-Mn中间合金中Mn的加入量占Al-Mn中间合金总重量的11%,纯度 为99.95的纯铝锭的加入量占扁铝合金铸锭总重量的30%~40%，纯度为99.80 的铝锭的加入量占铝合金铸锭总重量的20%~40%， Cu、 Mg、 Zn以纯金属形式加入；所述扁铝合金铸锭按重量百分比由1.40°/。-2.00%的01、 1.80%-2.80% 的Mg、 0.20%國0.60%的Mn、 0. 10%誦0.25%的Cr、 5.00%画6.50%的Zn、 0-0.10%的Si、 0.05%-0.25%的Fe、 0-0.05%的Ti、 0-0.10%的Ni、 0-0.05%
的单个杂质、0-0.10y。的合计杂质和余量的Al组成。其它方法步骤与具体实施 方式三相同。
具体实施方式
五本实施方式的步骤一中，所述扁铝合金铸锭的熔炼原材
料由纯铝锭、本铝合金一级废料、电解铜、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cr中间合金 和Al-Mn中间合金组成，所述Al-Cr中间合金中Cr的加入量占Al-Cr中间合 金总重量的4%，所述Al-Mn中间合金中Mn的加入量占Al-Mn中间合金总重 量的11%，纯度为99.95的纯铝锭的加入量占扁铝合金铸锭总重量的 30%~40%，本铝合金一级废料的加入量占铝合金铸锭总重量的20% 40%， Cu、 Mg、 Zn以纯金属形式加入；所述扁铝合金铸锭按重量百分比由1.40°/。-2.00% 的Cu、 1.80%國2.80%的Mg、 0.20%-0.60%的Mn、 0. 10%國0.25%的Cr、 5.00%画6.50%的Zn、0-0.10。/。的Si、0.05°/。-0.25%的Fe、0-0.05°/。的Ti、0-0.10% 的Ni、 0-0.05°/。的单个杂质、0-0.10%的合计杂质和余量的Al组成。加入中间 合金，易于铸造。其它方法步骤与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六本实施方式的步骤一中的熔炼是这样完成的采用电 炉自投固体料方式，扁铝合金铸锭熔炼温度为700 75(TC，并在此范围内取样， 取样前彻底搅拌，扁铝合金铸锭熔化下塌前和加纯镁锭时一律采用2#熔剂覆 盖，炉前成分控制，Fe补至扁铝合金铸锭总重量的0.18 0.20n/。， Mg补至扁铝 合金铸锭总重量的2.7%， Al-5Ti-lB丝在过滤器入口处在线播入，电炉出炉前 充Ar气或Cl气精炼10min，可顶出扁铝合金铸锭中的气泡，保证扁铝合金铸锭 的加工质量。其它方法步骤与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
七本实施方式的2#熔剂按照重量份由32~40份的KC1、. 38 46份的MgCl和5 8份的BaCl组成。其它方法步骤与具体实施方式
六相 同。
具体实施方式
八本实施方式的步骤一中的熔炼工具均涂Ti02粉保护， 可起到防潮和阻隔作用。其它方法步骤与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
九本实施方式的步骤一中的铸造是这样完成的静止炉导 炉前清炉，把2#熔剂预热后，在熔炼炉出流口处叠坝，铝液出炉时充满导流管，转炉导入静止炉后，充Ar气或Cl气，精炼15min，静止10min后测量氢 气含量，使得铸造后的扁铝合金铸锭的氢气含量达到标准，即氢气含量标准 ^U8ml/100g扁铝合金铸锭，对氢气含量不合格的扁铝合金铸锭再次充Ar气 或C1气，精炼15min，静止10min后再次测量氢气含量，使得铸造后的扁铝 合金铸锭的氢气含量达到标准，再对氢气含量达到标准的扁铝合金铸锭用2# 熔剂覆盖，铸造流线上采用陶瓷管过滤和泡沫陶瓷板双级净化过滤，每次铸一 根铸锭，加纯铝铺底，铸造速度为35 mm/min ~40 mm/min，铸造温度为 690°C 705°C，水压为0.05mpa 0.15mpa。通过熔铸工艺，避免了铸造裂纹， 提高了熔体质量。其它方法步骤与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十本实施方式的2^熔剂按照重量份由32 40份的KC1、 38 46份的MgCl和5 8份的BaCl组成。其它方法步骤与具体实施方式
九相同。
权利要求
1、一种高强、高韧铝合金预拉伸厚板，其特征在于所述厚板按重量百分比由1.40％-2.00％的Cu、1.80％-2.80％的Mg、0.20％-0.60％的Mn、0.10％-0.25％的Cr、5.00％-6.50％的Zn、0-0.10％的Si、0.05％-0.25％的Fe、0-0.05％的Ti、0-0.10％的Ni、0.01-0.05％的单个杂质、0.01-0.10％的合计杂质和余量的Al组成，厚板的厚度为11mm～85mm。
2、 根据权利要求1所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板，其特征在于 所述厚板按重量百分比由1.70。/。的Cu、2.40。/。的Mg、0.40。/()的Mn、 0.15%的 Cr、6.00°/。的Zn、0.05。/c)的Si、0.15。/。的Fe、 0.03%的Ti、 0.05%的Ni、 0.03% 的单个杂质、0.05%的合计杂质和余量的Al组成，厚板的厚度为45mm。
3、 一种制造权利要求1所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的方法，其 特征在于所述方法由以下步骤完成 一、扁铝合金铸锭的熔炼与铸造；二、 对扁铝合金铸锭均匀化退火，熔炼炉温设定为49(TC，加热5h 7h;再将熔炼 炉温设定为455t:，加热49h 51h，将扁铝合金铸锭加热至450。C 460。C;三、 对扁铝合金铸锭热轧，热轧时铸锭加热温度为37(TC 42(rC，保温lh 2h;其 热轧板厚度为11mm 85mm的板材，四、对热轧后的板材进行淬火预拉伸 先用辊底淬火炉对厚板进行淬火处理，淬火固溶处理的温度为47(TCi2"C， 保温lh 2h，转移时间小于30s，冷却水温度小于30'C，淬火后6h内将厚板 进行预拉伸，预拉伸塑性变形量控制在2.0%~2.5%之间；五、对预拉伸后的铝 合金厚板时效处理1、单级时效时效温度为115°C 125°C，保温23h 25h; 2、双级时效其中， 一级时效温度为110°C 120°C，保温7 9h; 二级时效温 度为160。C 170。C，保温19h 20h。
4、 根据权利要求3所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法，其 特征在于步骤一中，所述扁铝合金铸锭的熔炼原材料由纯铝锭、铝锭、电解 铜、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cr中间合金和Al-Mn中间合金组成，所述Al-Cr中 间合金中Cr的加入量占Al-Cr中间合金总重量的4%，所述Al-Mn中间合金 中Mn的加入量占Al-Mn中间合金总重量的11%，纯度为99.95的纯铝锭的加 入量占扁铝合金铸锭总重量的30%~40%，纯度为99.80的铝锭的加入量占铝 合金铸锭总重量的20% 40%， Cu、 Mg、 Zn以纯金属形式加入；所述扁铝合 金铸锭按重量百分比由1.40%-2.00%的01、 1.80。/。-2.80。/。的Mg、 0.20%-0.60%的Mn、0. 10°/。-0.25°/。的Cr、5.00%-6.50%的Zn、0-0.腦的Si、0.05%-0.25% 的Fe、 0-0.05。/。的Ti、 0-0.10%的Ni、 0-0.05%的单个杂质、0-0.10%的合计杂质和余量的Al组成。
5、 根据权利要求3所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法，其 特征在于步骤一中，所述扁铝合金铸锭的熔炼原材料由纯铝锭、本铝合金一 级废料、电解铜、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cr中间合金和Al-Mn中间合金组成， 所述Al-Cr中间合金中Cr的加入量占Al-Cr中间合金总重量的4%，所述Al-Mn 中间合金中Mn的加入量占Al-Mn中间合金总重量的11%，纯度为99.95的纯 铝锭的加入量占扁铝合金铸锭总重量的30% 40%，本铝合金一级废料的加入 量占铝合金铸锭总重量的20%~40%， Cu、 Mg、 Zn以纯金属形式加入；所述 扁铝合金铸锭按重量百分比由1.40%-2.00%的Cu、 1.80%-2.80%的Mg、 0.20%國0.60%的Mn、 0. 10%-0.25%的Cr、 5.00%-6.50%的Zn、 0-0.10°/0的 Si、 0.05%-0.25%的Fe、 0-0.05°/。的Ti、 0-0.10%的Ni、 0-0.05%的单个杂质、 0-0.10%的合计杂质和余量的Al组成。
6、 根据权利要求4或5所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法， 其特征在于步骤一中的熔炼是这样完成的采用电炉自投固体料方式，扁铝 合金铸锭熔炼温度为700 75(TC，并在此范围内取样，取样前彻底搅拌，扁铝 合金铸锭熔化下塌前和加纯镁锭时一律采用2#熔剂覆盖，炉前成分控制，Fe 补至扁铝合金铸锭总重量的0.18 0.20%， Mg补至扁铝合金铸锭总重量的2.7。/。， Al-5Ti-lB丝在过滤器入口处在线播入，电炉出炉前充Ar气或Cl气精炼10min。
7、 根据权利要求6所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法，其特 征在于所述2弁熔剂按照重量份由32 40份的KC1、 38 46份的MgCl和5 8份的 BaCl组成。
8、 根据权利要求6所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法，其 特征在于步骤一中的熔炼工具均涂Ti02粉保护。
9、 根据权利要求3所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法，其特 征在于步骤一中的铸造是这样完成的静止炉导炉前清炉，把2#熔剂预热后， 在熔炼炉出流口处叠坝，铝液出炉时充满导流管，转炉导入静止炉后，充Ar 气或C1气，精炼15min，静止10min后测量氢气含量，使得铸造后的扁铝合金铸 锭的氢气含量达到标准，即氢气含量标准S0.18ml/100g扁铝合金铸锭，对氢气含量不合格的扁铝合金铸锭再次充Ar气或Cl气，精炼15min，静止10min后再次 测量氢气含量，使得铸造后的扁铝合金铸锭的氢气含量达到标准，再对氢气含 量达到标准的扁铝合金铸锭用2#熔剂覆盖，铸造流线上采用陶瓷管过滤和泡沫 陶瓷板双级净化过滤，每次铸一根铸锭，加纯铝铺底，铸造速度为35 mm/min 40mm/min，铸造温度为690。C 705。C ，水压为0.05 mpa 0.15mpa。
10、根据权利要求9所述的高强、高韧铝合金预拉伸厚板的制造方法，其 特征在于所述2存熔剂按照重量份由32 40份的KC1、 38 46份的MgCl和5 8份 的BaCl组成。
全文摘要
高强、高韧铝合金预拉伸厚板及其制造方法，它涉及一种铝合金预拉伸厚板及其制造方法。针对7A04铝合金中由Fe、Si等元素所形成的难溶化合物或铸造时产生的共晶化合物，导致铝合金结构材料的韧性差、强度低，无法满足在恶劣的工作环境下长时间安全可靠工作问题。本发明的厚板按重量百分比由1.40％-2.00％的Cu、1.80％-2.80％的Mg、0.20％-0.60％的Mn、0.10％-0.25％的Cr、5.00％-6.50％的Zn、0-0.10％的Si、0.05％-0.25％的Fe、0-0.05％的Ti、0-0.10％的Ni、0.01-0.05％的单个杂质、0.01-0.10％的合计杂质和余量的Al组成；方法是对扁铝合金铸锭熔铸；均匀化退火，热轧，淬火预拉伸，单、双级时效处理。用本发明的方法制成的铝合金预拉伸厚板的抗应力腐蚀能力、疲劳强度和断裂韧性均有明显提高，可满足在恶劣工作环境下长时间安全可靠工作的需要。
文档编号C22C21/10GK101445886SQ200810209858
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者何振波, 刘显东, 单长智, 吕新宇, 静 周, 徐忠艳, 李念奎, 王志超, 胡智敏 申请人:东北轻合金有限责任公司