本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，涉及一種鋁合金材料的制備方法，特別是涉及一種高強(qiáng)高韌高淬透的鋁合金材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：高強(qiáng)高韌、高淬透及高抗腐蝕性能的鋁合金板材，被廣泛運(yùn)用于航空航天工業(yè)。近年來隨著飛機(jī)減重和安全性的要求，航空領(lǐng)域開始使用大型整體式鋁合金結(jié)構(gòu)件，獲得了很好的減重效果，安全性也得到極大的提高。與此同時(shí)，就需要大規(guī)格高性能的鋁合金板材，所需板材的厚度越來越厚。而板材越厚，沿厚度方向的性能差異就越大，往往厚板心層的性能達(dá)不到使用要求。同時(shí)，鋁合金厚板用于航空工業(yè)也具有“水桶效應(yīng)”，由于厚板心層性能不達(dá)標(biāo)而限制了對(duì)其的使用。因此，高強(qiáng)高韌高淬透的7000系鋁合金是飛機(jī)用大型整體式結(jié)構(gòu)件制造的關(guān)鍵材料。大型化和整體化的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件對(duì)高性能鋁合金厚板生產(chǎn)過程中的熱變形及熱處理環(huán)節(jié)提出了前所未有的挑戰(zhàn)，其中鋁合金厚板淬透性就是最致命的問題之一。而現(xiàn)有的技術(shù)方案，是通過優(yōu)化合金成分，降低合金中淬火敏感的mg和cu元素含量，提高合金中的zn含量，提高zn/mg比值，嚴(yán)格控制微量元素cr、mn和ti以及雜質(zhì)元素fe、si的含量，開發(fā)出以7085、7081合金為代表的新一代航空用合金，滿足了厚度300mm以下厚板及鍛件制造的需求。因此，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）表層力學(xué)性能比起成熟牌號(hào)如7050、7055等稍顯不足；（2）只能滿足厚度300mm以下厚板及鍛件制造的需求；（3）在板材厚度要求100mm以下的情況下不具有明顯優(yōu)勢(shì)，還不足以完全取代7050、7055等常用合金。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的航空厚板的力學(xué)性能低、厚板厚度有限的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種創(chuàng)新的生產(chǎn)方法來制備高強(qiáng)高韌高淬透鋁合金材料，從而提高其力學(xué)性能，并且能制造厚板及鍛件厚度超過300mm的航空用鋁合金。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用的技術(shù)方案為：一種鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：s1：按重量取各金屬材料，各金屬材料的成分組成和重量百分比為：zn8~12wt%，mg1.0~2.4wt%，cu0.4~2.2wt%，zr0.05~0.25wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，并且，4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95；s2：將上述的各金屬材料都投至高溫熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，在熔煉過程中不斷調(diào)整各金屬材料的比例，直至滿足預(yù)定的要求；s3：將步驟s2所得的金屬液進(jìn)行鑄造，得到錠坯；s4：將步驟s3所得的錠坯進(jìn)行均熱處理；s5：將步驟s4所得的錠坯的頭尾切除并進(jìn)行銑面，鋸切成400～600mm厚，1500~2000mm寬的坯料；s6：將步驟s5所得的坯料在350～450℃下預(yù)熱4~20小時(shí)，得到鑄錠；s7：將步驟s6所得的鑄錠軋制成厚度為50~400mm的厚板；s8：將步驟s7所得的厚板送到輥底爐內(nèi)進(jìn)行固溶淬火處理；s9：將步驟s8所得的板材進(jìn)行拉伸處理，拉伸量為1%～3%；s10：將步驟s9所得的板材進(jìn)行時(shí)效處理；s11：將步驟s10所得的板材進(jìn)行檢驗(yàn)，獲得合格的成品板材；s12：將步驟s11所得的合格的成品板材按需求的規(guī)格進(jìn)行鋸切。優(yōu)選的，所述步驟s1中各金屬材料的成分組成和重量百分比為：zn9~11wt%，mg1.2~2.2wt%，cu0.6~2.0wt%，zr0.10~0.20wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，并且，4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95。優(yōu)選的，所述步驟s2中的熔煉過程包括除氣除渣工序和過濾工序。優(yōu)選的，所述步驟s3中的鑄造采用激冷的鑄造技術(shù)，其中，鑄造溫度為670~725℃，鑄造速度為30~50mm/min，鑄造水流量為10~35m3/h，鑄造水溫為15~35℃。優(yōu)選的，所述步驟s4中的均熱處理采用多級(jí)逐步升溫的均勻化技術(shù)。優(yōu)選的，所述多級(jí)逐步升溫的均勻化技術(shù)為：第一級(jí)，溫度300～420℃，時(shí)間12～48h；第二級(jí)，溫度425～450℃，時(shí)間12～36h；第三級(jí)，溫度455～475℃，時(shí)間12～24h；第四級(jí)，溫度476～495℃，時(shí)間10～20h。優(yōu)選的，所述步驟s4中的均熱處理采用先高溫后低溫再高溫的均勻化技術(shù)。優(yōu)選的，所述先高溫后低溫再高溫的均勻化技術(shù)為：第一級(jí)，溫度400～470℃，時(shí)間16～48h；第二級(jí)，溫度250～400℃，時(shí)間24～72h；第三級(jí)，溫度450～485℃，時(shí)間12～36h。優(yōu)選的，所述步驟s8中的固溶淬火處理的保溫溫度為450~490℃，保溫時(shí)間為500~1500min，淬火時(shí)，淬火室溫不超過20℃。優(yōu)選的，所述步驟s10中的時(shí)效處理具體為：第一級(jí)，溫度40～120℃，時(shí)間2～36h；第二級(jí)，溫度130～180℃，時(shí)間4～96h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：（1）本技術(shù)設(shè)計(jì)的合金性能如強(qiáng)度、斷裂韌性、電導(dǎo)率等顯著提高，比現(xiàn)有的7085、7a85、7081等合金的性能提高5%以上；（2）利用本技術(shù)設(shè)計(jì)的合金制備得的厚板或者鍛件，其厚度可達(dá)到300mm以上，且心表性能差異不超過8%。附圖說明圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明制備的新合金與7085、7050合金的淬透性曲線對(duì)比圖；圖3為本發(fā)明制備的新合金與7085、7050合金的硬度保留值曲線對(duì)比圖。具體實(shí)施方式一種鋁合金材料的制備方法，其工藝步驟如圖1所示，具體為：s1：按重量取各金屬材料，為了確保鋁合金材料的高強(qiáng)高韌高淬透，各金屬材料的成分組成和重量百分比為：zn8~12wt%，mg1.0~2.4wt%，cu0.4~2.2wt%，zr0.05~0.25wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)還需要滿足：4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95；s2：將上述的各金屬材料都投至高溫熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，在熔煉過程中不斷調(diào)整各金屬材料的比例，直至滿足預(yù)定的要求。同時(shí)，在熔煉過程中通過多級(jí)聯(lián)合除氣除渣工序降低鋁熔體中的氫渣濃度，以減少鑄錠中的氣孔或針孔；通過過濾工序去除鋁熔體中的氧化物、非金屬夾雜物和其他有害金屬雜質(zhì)，以減少鑄錠中的疏松、氣孔、夾渣等缺陷。這樣，就可以改善大規(guī)格鑄錠的質(zhì)量。s3：將步驟s2所得的金屬液進(jìn)行鑄造，在熔鑄過程通過鑄造溫度、鑄造速度、鑄造水流量的協(xié)同優(yōu)化，采用激冷的鑄造技術(shù)獲得高質(zhì)量的錠坯。其中鑄造溫度為670~725℃，鑄造速度為30~50mm/min，鑄造水流量為10~35m3/h，鑄造水溫為15~35℃。s4：將步驟s3所得的錠坯進(jìn)行均熱處理。均熱處理采用多級(jí)逐步升溫或先高溫后低溫再高溫的均勻化技術(shù)。其中，多級(jí)逐步升溫的均勻化技術(shù)為：第一級(jí)，溫度300～420℃，時(shí)間12～48h；第二級(jí)，溫度425～450℃，時(shí)間12～36h；第三級(jí)，溫度455～475℃，時(shí)間12～24h；第四級(jí)，溫度476～495℃，時(shí)間10～20h。而先高溫后低溫再高溫的均勻化技術(shù)為：第一級(jí)，溫度400～470℃，時(shí)間16～48h；第二級(jí)，溫度250～400℃，時(shí)間24～72h；第三級(jí)，溫度450～485℃，時(shí)間12～36h。通過均熱處理，就可以消除殘余結(jié)晶相，獲得細(xì)小均勻彌散的al3zr粒子。s5：將步驟s4所得的錠坯的頭尾切除并進(jìn)行銑面，鋸切成400～600mm厚，1500~2000mm寬的坯料；s6：將步驟s5所得的坯料在350～450℃下預(yù)熱4~20小時(shí)，得到鑄錠；s7：將步驟s6所得的鑄錠采用強(qiáng)變形技術(shù)軋制成厚度為50~400mm的厚板；s8：將步驟s7所得的厚板送到輥底爐內(nèi)進(jìn)行固溶淬火處理。其中，固溶的保溫溫度為450~490℃，保溫時(shí)間為500~1500min，淬火時(shí)，淬火室溫不超過20℃。s9：將步驟s8所得的板材使用拉伸機(jī)來進(jìn)行拉伸處理，拉伸量為1%～3%；s10：將步驟s9所得的板材進(jìn)行時(shí)效處理。時(shí)效處理分成兩級(jí)，其中，第一級(jí)的溫度為40～120℃，時(shí)間為2～36h；第二級(jí)的溫度130～180℃，時(shí)間為4～96h。經(jīng)過這樣的時(shí)效處理后，就可以提高板材的綜合性能。s11：將步驟s10所得的板材進(jìn)行檢驗(yàn)，獲得合格的成品板材；s12：將步驟s11所得的合格的成品板材按需求的規(guī)格進(jìn)行鋸切。實(shí)施例一生產(chǎn)成品規(guī)格厚度為60mm，寬度為1800mm，長(zhǎng)度為6000mm的厚板，工序如下：（1）按重量百分比稱取如下金屬材料并投入至熔煉爐中：zn8~12wt%，mg1.0~2.4wt%，cu0.4~2.2wt%，zr0.05~0.25wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，并且，4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95。（2）熔煉鋁合金，經(jīng)除氣、過濾后，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，鑄出厚度為520mm的扁錠并均熱。（3）將扁錠切頭尾和銑面，經(jīng)過預(yù)熱和軋制，制備出厚度為60mm的厚板。（4）在厚板的表層切取30mm×30mm×140mm末端淬火試樣。（5）將末端淬火試樣在475℃固溶180min后，在末端淬火設(shè)備上進(jìn)行淬火，之后經(jīng)110℃/6h+150℃/12h時(shí)效后，測(cè)出淬透性曲線，并與7085和7050合金的淬透性曲線做對(duì)比，結(jié)果如圖2和圖3所示，從圖中可以看出，本發(fā)明所制備的新合金、7085合金和7050合金兩端的硬度差值分別為5.8%、8.8%和12%。實(shí)施例二生產(chǎn)成品規(guī)格厚度為60mm，寬度為1800mm，長(zhǎng)度為6000mm的厚板，工序如下：（1）按重量百分比稱取如下金屬材料并投入至熔煉爐中：zn9~11wt%，mg1.2~2.2wt%，cu0.6~2.0wt%，zr0.10~0.20wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，并且，4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95。（2）熔煉鋁合金，經(jīng)除氣、過濾后，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，鑄出厚度為520mm的扁錠并均熱。（3）將扁錠切頭尾和銑面，經(jīng)過預(yù)熱和軋制，制備出厚度為60mm的厚板。（4）將板材在470℃固溶180min后進(jìn)行淬火，之后進(jìn)行變形量為2.5%的矯直，經(jīng)110℃/6h+160℃/12h時(shí)效后，檢測(cè)性能，并與7085和7050合金厚板性能對(duì)比，結(jié)果如表1所示。表1三種合金厚板(60mm)t7451的性能對(duì)比合金抗拉強(qiáng)度/mpa屈服強(qiáng)度/mpa延伸率/%斷裂韌性/mpam1/2電導(dǎo)率/%iacs心表差異/%新合金5455219.53842.5470855124901134.5415.5705053250593240.58實(shí)施例三生產(chǎn)成品規(guī)格厚度為200mm，寬度為1800mm，長(zhǎng)度為6000mm的超厚板，工序如下：（1）按重量百分比稱取如下金屬材料并投入至熔煉爐中：zn8~12wt%，mg1.0~2.4wt%，cu0.4~2.2wt%，zr0.05~0.25wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，并且，4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95。（2）熔煉鋁合金，經(jīng)除氣、過濾后，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，鑄出厚度為520mm的扁錠并均熱。（3）將扁錠切頭尾和銑面，經(jīng)過預(yù)熱和軋制，制備出厚度為200mm的超厚板。（4）將板材在470℃固溶600min后進(jìn)行淬火，之后進(jìn)行變形量為2.5%的矯直，經(jīng)110℃/6h+160℃/12h時(shí)效后，檢測(cè)性能，并與7085和7050合金厚板性能對(duì)比，如表2所示。表2三種合金超厚板(200mm)t7451的心層性能對(duì)比合金抗拉強(qiáng)度/mpa屈服強(qiáng)度/mpa延伸率/%斷裂韌性/mpam1/2電導(dǎo)率/%iacs心表差異/%新合金53551693643.2570855004801031.542.5870504654197.52741.515實(shí)施例四生產(chǎn)成品規(guī)格厚度為350mm，寬度為1800mm，長(zhǎng)度為6000mm的極厚板，工序如下：（1）按重量百分比稱取如下金屬材料并投入至熔煉爐中：zn9~11wt%，mg1.2~2.2wt%，cu0.6~2.0wt%，zr0.10~0.20wt%，余量為al及不可避免的雜質(zhì)，并且，4.5≤zn/mg≤6，0.65≤cu/mg≤0.95。（2）熔煉鋁合金，經(jīng)除氣、過濾后，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，鑄出厚度為520mm的扁錠并均熱。（3）將扁錠切頭尾和銑面，經(jīng)過預(yù)熱和軋制，制備出厚度為350mm的極厚板。（4）將板材在470℃固溶1200min后進(jìn)行淬火，之后進(jìn)行變形量為2.5%的矯直，經(jīng)110℃/6h+160℃/12h時(shí)效后，檢測(cè)性能，如表3所示。表3新合金極厚板(350mm)t7451的心層性能合金抗拉強(qiáng)度/mpa屈服強(qiáng)度/mpa延伸率/%斷裂韌性/mpam1/2電導(dǎo)率/%iacs心表差異/%新合金5245048.534.544.56本發(fā)明的新合金在強(qiáng)度、斷裂韌性、電導(dǎo)率等性能上有顯著的提高，比現(xiàn)有的7085、7a85、7081等合金的性能提高5%以上；而其制備出的厚板或者鍛件，厚度可達(dá)到300mm以上，且心表性能差異不超過8%。當(dāng)前第1頁(yè)12