本发明专利技术是一种高强韧、高抗疲劳铝合金及其制备方法，该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.5％～5.0％，Mg 1.2％～2.0％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.06％～0.20％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.002，D的单位为米。该铝合金在拉伸强度、延伸率、断裂韧度和疲劳极限性能方面获得协同提升，增加了合金制品的核心竞争力，拓宽了合金制品在航空航天等领域的应用范围。围。围。
【技术实现步骤摘要】
一种高强韧、高抗疲劳铝合金及其制备方法
[0001]本专利技术是一种高强韧、高抗疲劳铝合金及其制备方法，属于金属材料工程领域。
技术介绍
[0002]含有基础合金元素Cu、Mg的铝合金依其优良的强度/韧度/疲劳/耐损伤综合性能在航空航天制造领域得到广泛应用。这类合金400MPa以上较高强度，一般含有Cu、Mg元素，同时还含微量的Mn元素。这类合金一般应用于航空航天主承力结构，航空领域如飞机蒙皮、机翼下壁板、普通框梁等，航天领域如运载火箭壳体、储箱等。近年来，航空航天装备设计对结构减重、长寿命、高可靠性的迫切需求，对铝合金零件的强塑性、耐损伤性能及疲劳性能等综合性能的要求越来越高。国内外研究机构和企业针对含有基础合金元素Cu、Mg的铝合金强塑性的提升开展了一些研究工作，公开了一些新的研究成果。但其基本思路在于：通过稀土元素复合微合金化改善合金组织，提高疲劳裂纹扩展阻力；通过改进热处理获得弥散相和强化相在基体中的分布改善合金的疲劳性能。作为微合金化的稀土元素包括：Sc、Y、Ce、In、Lu等，改进热处理包括均匀化热处理及固溶时效热处理。
技术实现思路
[0003]本专利技术正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种高强韧、高抗疲劳铝合金及其制备方法，其目的是制备更优强度及断裂韧性的新型铝合金材料，使该种新型铝合金材料的极限抗拉强度达到515MPa以上，屈服强度达到450MPa以上，同时延伸率高于8％、KⅠc
达到30MPam
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以上，L、LT两个方向疲劳极限均达到280MPa以上。使该种新型铝合金材料能够用于航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域的结构零件。
[0004]本专利技术技术方案的设计思路不同于其他研究成果，本专利技术技术方案是通过加入微量Zn元素，Zr元素微合金化提高了材料的强韧综合性能及耐损伤性能，使熔体在铸造过程中生成比AlCuFeMn相熔点更低的AlCuFeMnZn相，达到消耗杂质元素Fe提高合金塑性、减少材料内部显微疏松数量及尺寸，进一步提升材料强韧性及疲劳性能的目的。
[0005]本专利技术技术方案的内容如下：
[0006]本专利技术技术方案提出了一种高强韧、高抗疲劳铝合金，该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.5％～5.0％，Mg 1.2％～2.0％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.06％～0.20％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.002，D的单位为米。在实施中，该合金中包含Zn元素的重量百分比的控制范围在0.10％～0.50％之间。
[0007]本专利技术技术方案是的设计思路是在Al
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Cu
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Mg
‑
Mn系合金中加入Zn元素，Zn、Mn元素联合微合金化的作用效果在于在铸造过程中生成熔点更低的AlCuFeMnZn相，该相熔点比AlCuFeMn相更低。AlCuFeMnZn相的产生具有消耗杂质元素Fe，提高合金塑性的作用。
AlCuFeMnZn相除进一步消耗杂质元素Fe提高合金塑性外，还可以利用其熔点低的特点，填充合金铸造时在凝固过程中产生的枝晶间隙，从而减少材料内部显微疏松数量，减小显微疏松尺寸，进一步提升材料强韧性及疲劳性能。另外，随着铸锭截面最小尺寸D增大，铸造过程中合金的凝固条件变差，显微疏松尺寸及数量易增加。本专利技术根据Zn＝KD调整Zn的加入量，式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.002，D的单位为米。在通用铸锭尺寸范围内，K＜0.002时，Zn的加入对减少显微疏松尺寸及数量无效；K＞0.008时，Zn的加入对减少显微疏松尺寸及数量的效果不再增加。本专利技术还按重量百分比添加了0.06％～0.20％的Zr元素，其作用在于利用弥散析出的细小Al3Zr的“钉扎”作用抑制材料在热加工过程中的再结晶，形成尺寸远小于细晶晶粒的“亚晶”，聚集的亚晶具有“织构”特性，提高了材料的强韧综合性能及耐损伤性能。本专利技术由于Mn元素而产生的Al6Mn也可以抑制制材在热加工过程中的再结晶，其作用对于挤压材料更明显。本专利技术是一种新型的Al
‑
Cu
‑
Mg
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Mn
‑
Zr
‑
Zn系铝合金。
[0008]在一种实施中，该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.8％～4.9％，Mg1.2％～1.8％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.08％～0.15％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.004，D的单位为米。进一步，该合金中包含Zn元素的重量百分比为Zn0.10％～0.35％。
[0009]在一种实施中，该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.5％～4.5％，Mg1.0％～1.6％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.08％～0.15％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.005，D的单位为米。进一步，该合金中包含Zn元素的重量百分比为Zn0.14％～0.45％。
[0010]在一种实施中，该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.6％～4.6％，Mg1.1％～1.7％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.08％～0.15％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.007≥K≥0.004，D的单位为米。进一步，该合金中包含Zn元素的重量百分比为Zn0.10％～0.40％
[0011]本专利技术技术方案还提出一种制备上述高强韧、高抗疲劳铝合金的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
[0012]步骤一、按铝合金成分配料；
[0013]步骤二、在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为680℃～780℃；
[0014]步骤三、对完全熔化的金属液进行精炼，精炼时金属温度维持在700℃～760℃的范围内；
[0015]步骤四、精炼后进行充分静置,静置包括以下过程：升本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高强韧、高抗疲劳铝合金，其特征在于：该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.5％～5.0％，Mg 1.2％～2.0％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.06％～0.20％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.002，D的单位为米。2.根据权利要求1所述的高强韧、高抗疲劳铝合金，其特征在于：该合金中包含Zn元素的重量百分比为Zn 0.10％～0.50％。3.根据权利要求1所述的高强韧、高抗疲劳铝合金，其特征在于：该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.8％～4.9％，Mg 1.2％～1.8％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.08％～0.15％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.004，D的单位为米。4.根据权利要求3所述的高强韧、高抗疲劳铝合金，其特征在于：该合金中包含Zn元素的重量百分比为Zn 0.10％～0.35％。5.根据权利要求1所述的高强韧、高抗疲劳铝合金，其特征在于：该合金的化学成分及重量百分比为：Cu 3.5％～4.5％，Mg 1.0％～1.6％，Mn 0.3％～0.6％，Zr 0.08％～0.15％，杂质Si≤0.12％,Fe≤0.15％，Ti≤0.15％，Cr≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％，其它杂质总量≤0.15％，余量为Al，此外，该合金中还包含Zn元素，Zn元素的重量百分比与铸锭截面最小尺寸D应满足以下关系式：Zn＝KD,式中：Zn为重量百分比值，K取值范围为0.008≥K≥0.005，D的单位为米。6.根据权利要求5所述的高强韧、高抗疲劳铝合金，其特征在于：该合金中包含Zn元素的重量百分比为Zn 0.14％～0.45％。7...
【专利技术属性】
技术研发人员：高文林，钟立伟，冯朝辉，于娟，郝时嘉，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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