一種航空航天用高耐損傷鋁合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種航空航天用高耐損傷鋁合金，屬于鋁合金材料領域。
【背景技術】
[0002]鋁合金材料具有密度小，比強度高，比剛度高，彈性好，抗沖擊性能良好、耐腐蝕，高導電，高導熱，易表面著色，易加工，可回收再生等優良特性，廣泛應用于交通運輸、建筑裝飾、航空航天、機械電器、電子通訊、能源動力等行業。尤其在航空航天工業中，鋁合金材料是首選的輕量化結構材料，因此用量非常大，同時航空航天工業對鋁合金材料的性能要求也較苛刻。目前航空航天鋁合金的研究開發目標已由過去單純追求高強度轉變為材料綜合性能的整體提升，即在提高鋁合金機械強度的同時進一步提高合金的耐損傷性能，從而延長鋁合金的使用壽命和擴大鋁合金的應用范圍。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種不僅具有高強度和高韌性，還具有優異的耐損傷性能航空航天用高耐損傷鋁合金及其制備方法。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種航空航天用高耐損傷鋁合金，由以下重量百分比的元素組成=Cu 4.2-4.8、Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn 0.4-0.8, Nb 0.25-0.45, Bi 0.1-0.2, Fe 0.05-0.1、Zr 0.04-0.08、Si 0.03-0.05, Ga 0.025-0.035、Te 0.02-0.03, Er 0.015-0.025、Lu0.01-0.02，余量為 Al。
[0005]一種航空航天用高耐損傷鋁合金的制備方法，包括以下步驟:按上述元素組成進行配料，將爐料依次投入熔煉爐中在730-760°C下進行熔煉，待金屬完全熔化后調整溫度為720-740°C，加入精煉劑精煉15-20min，扒渣后靜置20_30min，將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以150-200°C /h升溫至380-420°C，保溫3_5h，再以 50-80°C /h 升溫至 510-530°C，保溫 5_8h，然后以 100-150°C /h 降溫至 220_240°C，保溫2-3h，再以80-120°C /h升溫至420-460°C，保溫4-6h，然后以120_160°C /h降溫至150-170°C，保溫 l_2h，再以 100-150°C /h 升溫至 460_490°C，保溫 4_8h，然后以 70_90°C /h降溫至280-320 V，保溫3-4h，再放入0_5 V冰鹽水中水淬至40-50 °C;取出合金以80-90 V /h升溫至160-180°C，保溫12-16h，再以40_50°C /h降溫至70_80°C，保溫15_20h，然后以50-600C /h 升溫至 180-200°C，保溫 10_15h，再以 45_55°C /h 降溫至 80_90°C，保溫 14_18h，空冷至室溫，然后以85-95°C /h升溫至170-190°C，保溫12_16h，再以40_50°C /h降溫至75-85°C，保溫15-20h，空冷至室溫即可。
[0006]所述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鈉10-15、氯化鉀5-10、碳酸鈉3-6、氟化鎂4-8、氟娃酸鈉3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5-10、硅藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過200-300目篩，然后加入適量的水濕法球磨12-24h，110_120°C干燥l_2h，再在760_820°C煅燒20-30min，升溫至1200-1250°C繼續煅燒l_2h，水淬，濕法球磨，烘干，過200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過200-300目篩即可。
[0007]本發明的有益效果:
本發明通過添加適量的B1、Ga、Nb等元素，增大了強化相的析出密度并使其分布均勻，阻礙了晶界的移動，使得再結晶晶粒的長大得到明顯抑制，細化了晶粒，強化了晶界；同時添加微量的Er、Lu稀土元素微合金化作用，形成與基體共格的彌散相保持形變回復亞晶組織，形變熱處理改善析出相的分布均勻性，可以有效提高疲勞裂紋擴展阻力；從而同時提升合金的耐損傷性能和力學性能。本發明制得的鋁合金材料綜合性能優異，強度高，韌性好，具有優異的耐損傷、抗疲勞性能，經久耐用，使用范圍廣，應用前景廣闊。
【具體實施方式】
[0008](I)按照重量百分比的元素組成為:Cu 4.2-4.8, Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn0.4-0.8、Nb 0.25-0.45、Bi 0.1-0.2, Fe 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Si 0.03-0.05, Ga
0.025-0.035、Te 0.02-0.03、Er 0.015-0.025、Lu 0.01-0.02，余量為 Al 進行配料；
(2)將爐料依次投入熔煉爐中在745°C下進行熔煉，待金屬完全熔化后調整溫度為730°C，加入精煉劑精煉15min，扒渣后靜置25min，將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以180°C /h升溫至380°C，保溫5h，再以70°C /h升溫至515°C，保溫7h，然后以120°C /h降溫至230°C，保溫2h，再以100°C /h升溫至440°C，保溫5h，然后以1400C /h降溫至160°C，保溫lh，再以120°C /h升溫至480°C，保溫5h，然后以80°C /h降溫至300°C，保溫4h，再放入2°C冰鹽水中水淬至45°C ;取出合金以90°C /h升溫至180°C，保溫12h，再以50°C /h降溫至75°C，保溫18h，然后以60°C /h升溫至195°C，保溫12h，再以500C /h降溫至90°C，保溫14h，空冷至室溫，然后以90°C /h升溫至180°C，保溫14h，再以450C /h降溫至80°C，保溫18h，空冷至室溫即可。
[0009]上述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量(kg)的原料:氯化鈉15、氯化鉀8、碳酸鈉4、氟化鎂6、氟硅酸鈉4、赤泥8、草木灰3、冰晶石10、白云石8、硅藻土 6、重晶石8 ;b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過250目篩，然后加入適量的水濕法球磨24h，120°C干燥Ih，再在820°C煅燒20min，升溫至1220°C繼續煅燒2h，水淬，濕法球磨，烘干，過300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過300目篩即可。
[0010]經檢驗，制得的鋁合金化學成分為:Cu 4.48%、Mg 1.35%、L1.97%、Mn 0.62%、Nb
0.34%、Bi 0.18%、Fe 0.061%、Zr 0.073%、Si 0.044%、Ga 0.028%、Te 0.022%、Er 0.019%、Lu 0.015%，余量為Al ;力學性能為:抗拉強度612MPa，屈服強度556MPa，伸長率19.3%。
【主權項】
1.一種航空航天用高耐損傷鋁合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素組成:Cu 4.2-4.8, Mg 1.1-1.6, L1.6-1.2、Mn 0.4-0.8, Nb 0.25-0.45, Bi 0.1-0.2,Fe 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Si 0.03-0.05, Ga 0.025-0.035、Te 0.02-0.03, Er0.015-0.025、Lu 0.01-0.02，余量為 Al。
2.如權利要求1所述的航空航天用高耐損傷鋁合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟:按上述元素組成進行配料，將爐料依次投入熔煉爐中在730-760°C下進行熔煉，待金屬完全熔化后調整溫度為720-740°C，加入精煉劑精煉15-20min，扒渣后靜置20_30min，將合金液體直接澆入鑄型中鑄造得到合金鑄錠；將所得的鑄錠以150-200°C /h升溫至380-420°C，保溫 3-5h，再以 50-80°C /h 升溫至 510_530°C，保溫 5_8h，然后以 100-150°C /h降溫至220-240 °C,保溫2-3h，再以80-120 V /h升溫至420-460 °C，保溫4_6h，然后以 120-160°C /h 降溫至 150-170°C，保溫 l_2h，再以 100-150°C /h 升溫至 460_490°C，保溫4-8h，然后以70-90°C /h降溫至280-320°C，保溫3_4h，再放入0-5°C冰鹽水中水淬至40-500C ;取出合金以80-90°C /h升溫至160_180°C，保溫12_16h，再以40_50°C /h降溫至70-80°C，保溫 15-20h，然后以 50-60°C /h 升溫至 180_200°C，保溫 10_15h，再以 45_55°C /h降溫至80-90°C，保溫14-18h，空冷至室溫，然后以85-95°C /h升溫至170_190°C，保溫12-16h，再以40-50°C /h降溫至75-85°C，保溫15_20h，空冷至室溫即可。
3.根據權利要求2所述的航空航天用高耐損傷鋁合金的制備方法，其特征在于，所述精煉劑的制備方法如下:a.稱取以下重量份的原料:氯化鈉10-15、氯化鉀5-10、碳酸鈉3-6、氟化鎂4-8、氟娃酸鈉3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5_10、娃藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.將上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均勻，粉碎過200-300目篩，然后加入適量的水濕法球磨12_24h，110-120°C干燥I _2h，再在760-820 °C煅燒20-30min，升溫至1200-1250°C繼續煅燒l_2h，水淬，濕法球磨，烘干，過200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過200-300目篩即可。
【專利摘要】本發明公開了一種航空航天用高耐損傷鋁合金及其制備方法，其由以下重量百分比的元素組成：Cu4.2-4.8、Mg1.1-1.6、Li0.6-1.2、Mn0.4-0.8、Nb0.25-0.45、Bi0.1-0.2、Fe0.05-0.1、Zr0.04-0.08、Si0.03-0.05、Ga0.025-0.035、Te0.02-0.03、Er0.015-0.025、Lu0.01-0.02，余量為Al。本發明制得的鋁合金材料綜合性能優異，強度高，韌性好，具有優異的耐損傷、抗疲勞性能，經久耐用，使用范圍廣，應用前景廣闊。
【IPC分類】C22C1-06, C22C21-16, C22C1-02, C22F1-057
【公開號】CN104862562
【申請號】CN201410065697
【發明人】胡蔚
【申請人】成都智利達科技有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年2月26日