航天航空用含Gd、Lu的鋁合金型材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航天航空用含Gd、Lu的鋁合金型材及其制備方法，屬于鋁合金材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金屬于超高強(qiáng)變形鋁合金，具有高的比強(qiáng)度和比剛度，較好的耐腐蝕性和較高的韌性等優(yōu)點(diǎn)，是航空領(lǐng)域最重要的結(jié)構(gòu)材料之一。隨著航天航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)其強(qiáng)度的要求越來(lái)越高。目前Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金大多采用添加稀土元素Sc替代Zr、或者復(fù)合添加(Sc+Zr)元素，不僅可以抑制再結(jié)晶，形成非常細(xì)小彌散的亞結(jié)構(gòu)，又能通過(guò)析出強(qiáng)化效應(yīng)而使合金強(qiáng)度大幅度提高，改善合金的各種性能，但是目前尚無(wú)有關(guān)Gd、Lu同時(shí)在Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中應(yīng)用的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種合金化效果明顯、強(qiáng)度高的航天航空用含Gd、Lu的鋁合金型材及其制備方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種航空用航天航空用含Gd、Lu的鋁合金型材，由以下重量百分比的元素組成:Zn 5.2-6.4, Mg 1.8-2.6, Cu 1.5-2.0, Mn 0.3-0.6, Cr 0.25-0.35, Si 0.1-0.3, Fe
0.15-0.25, Ti 0.05-0.UZr 0.04-0.08, Gd 0.2-0.4, Lu 0.1-0.2，余量為 Al。
[0005]一種航空用航天航空用含Gd、Lu的鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟:
(O按上述元素組成進(jìn)行配料，將爐料投入熔煉爐中熔煉，熔煉溫度725-755°C，待爐料完全熔化后，調(diào)整溫度至710-730°C，采用高純氮?dú)獯等刖珶拕┚珶挘獨(dú)鈮毫?br>1.4-1.8kg/mm，精煉劑用量為熔體重量的0.1-0.2%，精煉15_20min，精煉后靜置20_30min，除去鋁液中的氧化夾雜和氫氣，扒渣后開(kāi)始澆鑄；
(2)采用半連續(xù)直接水冷鑄造方法，控制鑄造溫度為690-710°C，鑄造速度75-85mm/min，冷卻水流量為 1700-1900 L/min,冷卻水壓 0.15-0.25MPa ；
(3)將上述得到的鑄錠以100-150°C/h升溫至240-280°C，保溫2_4h，再以80_120°C /h升溫至450-480 V，保溫4-8h ;然后以70-90 V /h降溫至280-320 V，保溫3_5h，再以 60-80°C /h 降溫至 150-170°C，保溫 l_2h ;然后以 80_120°C /h 升溫至 320_360°C，保溫3-6h，再以70-90°C /h升溫至490-510°C，保溫5_10h ;然后以60_80°C /h降溫至340-380°C，保溫3-6h，再以70_90°C /h降溫至150_200°C，保溫l_2h，空冷至室溫；
(4)將上述均勻化處理后的鑄錠加熱至475-495?，然后利用擠壓機(jī)將預(yù)熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預(yù)熱溫度為440-460°C，擠壓筒預(yù)熱溫度為415-435°C，擠壓速率為 14-18m/min，出模溫度為 495_515°C ；
(5)將上述擠壓成型的鋁合金型材強(qiáng)風(fēng)風(fēng)冷至240-260°C，然后放入0-3°C冰鹽水中降溫至50°C以下，再進(jìn)行拉伸矯直，拉伸變形量控制在0.5-1% ； (6)將上述拉伸矯直后的鋁合金型材鋸切成定尺成品后進(jìn)行人工時(shí)效處理:先以80-900C /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 16_22h，空冷至室溫，然后以45-55 V /h升溫至90-110 °C，保溫14_18h，空冷至室溫，然后以95-105°C /h 升溫至 190-210°C，保溫 10_15h，再以 50_60°C /h 降溫至80_90°C，保溫 15_20h，
空冷至室溫。
[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、木炭粉2-4、廢玻璃粉3-6、氟硅酸鈉4-8、氟化鈣3_5、氟鋁酸鈉2_4、硅灰石5_10、鋁礬土 8-12、電石渣4-6 ；b.將上述硅灰石、鋁礬土、電石渣混合均勻，粉碎過(guò)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740_780°C煅燒25_35min，升溫至1180-1220°C繼續(xù)煅燒l_2h，水淬，濕法球磨，烘干，過(guò)200-300目篩，待用；c.將氯化鈉和氯化鉀混合均勻，加熱至815-835°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌均勻，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的顆粒，濕法球磨，烘干，過(guò)200-300目篩即可。
[0007]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明將GcULu稀土元素加入Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中，通過(guò)合金化作用，可以細(xì)化合金的鑄態(tài)晶粒，增大強(qiáng)化相的析出密度并使其分布均勻，抑制再結(jié)晶，阻礙了晶界的移動(dòng)，阻止再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大，從而顯著提高合金的強(qiáng)度；同時(shí)還能改善合金的抗應(yīng)力腐蝕性能和焊接性能。因此，采用GcULu替代Sc添加到Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中不僅不會(huì)大幅度提高生產(chǎn)成本，還可以大幅度提高其合金強(qiáng)度，可廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0008]一種航空用航天航空用含Gd、Lu的鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟:
(1)按照重量百分比的元素組成為:Zn5.2-6.4, Mg 1.8-2.6, Cu 1.5-2.0, Mn
0.3-0.6, Cr 0.25-0.35, Si 0.1-0.3, Fe 0.15-0.25, Ti 0.05-0.K Zr 0.04-0.08, Gd
0.2-0.4、Lu 0.1-0.2，余量為Al進(jìn)行配料；
(2)將上述配好的爐料投入熔煉爐中熔煉，熔煉溫度740°C，待爐料完全熔化后，調(diào)整溫度至725°C，采用高純氮?dú)獯等刖珶拕┚珶挘獨(dú)鈮毫?.6kg/mm，精煉劑用量為熔體重量的0.15%，精煉20min，精煉后靜置25min，除去鋁液中的氧化夾雜和氫氣，扒渣后開(kāi)始澆鑄;
(3)采用半連續(xù)直接水冷鑄造方法，控制鑄造溫度為705°C，鑄造速度80mm/min，冷卻水流量為1800 L/min,冷卻水壓0.2MPa ；
(4)將上述得到的鑄錠以120°C/h升溫至250°C，保溫3h，再以100°C /h升溫至460°C，保溫6h ;然后以80 C /h降溫至320 C，保溫4h，再以70 C /h降溫至160 C，保溫Ih ;然后以100°C /h升溫至340°C，保溫4h，再以80°C /h升溫至505°C，保溫8h ;然后以70°C /h降溫至350°C，保溫4h，再以90°C /h降溫至170°C，保溫Ih，空冷至室溫；
(5)將上述均勻化處理后的鑄錠加