CN111424197A - 一种航空用耐蚀铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有色金属加工技术领域，公开了一种航空用耐蚀铝合金及其制备方法，本发明通过合理的组分配比，“X=0.08~0.25%，X为Zr与Sc、Pr中的一种元素或两种元素的混合，且0.5≤（Sc+Pr）/Zr≤1”的稀土元素复合添加，在铸造的快速凝固过程中形成过饱和固溶体，可以更有效地在铝合金组织中形成弥散细小的与基体呈共格关系的Alx(Zr，Sc，Pr)多元弥散相。该多元弥散相在后续热轧和固溶工序中可以有效地抑制组织发生再结晶，提高材料的耐蚀性能。本发明的制备方法，通过合理化合金含量，配合特定的工艺步骤，提高铝合金的耐应力腐蚀性能，获得高耐蚀性能的航空用耐蚀铝合金。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其涉及一种航空用耐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，人们对海洋资源的认识进入全新的阶段。7xxx系铝合金材料由于其比强度高、韧性好、耐疲劳性能好，过时效状态的耐蚀性能好，目前在飞机结构件上获得了最广泛的应用。沿海飞机由于长期需要暴露于盐雾腐蚀的气氛中，新型沿海飞机的设计师们对工程化应用的铝合金材料提出了更高的耐盐雾腐蚀性能要求。此外，沿海飞机在服役过程中承受高频往复载荷产生疲劳应力，与其他飞机相比选用的铝合金材料需要在保证高强度、高韧性、高耐疲劳性能的条件下，还必须具备更优良的耐应力腐蚀性能。铝合金材料的各项性能之间往往存在此消彼长的关系，同时提高多项性能比较困难。例如，在时效热处理工艺制度实验中发现：缩短过时效的保温时间可以使室温拉伸性能提高，但会同时降低断裂韧性和耐蚀性能。常规的时效热处理工艺调整已经不能满足更高综合性能设计的要求。
应力腐蚀是金属腐蚀中比较隐蔽的发展方式。人们往往在宏观上难以识别金属零件是否已经开始发生应力腐蚀开裂。因此，应力腐蚀开裂是一种非常危险的失效方式。铝合金的耐应力腐蚀性能受到众多专家学者们的关注。7xxx系航空用铝合金的应力腐蚀开裂与合金的氢含量、时效沉淀析出相的行为、组织的晶界特性、残余应力等有密切的关系。控制熔体的H含量，可以有效抑制铝合金零件与腐蚀环境介质接触产生开口的尖端富集H原子。时效热处理过程中晶界的析出相尺寸和形貌与应力腐蚀过程中的阳极溶解效应有密切的关系。如果在晶界上的析出相呈带状连续分布则容易与基体形成微观腐蚀原电池，使应力腐蚀快速进行。相反，通过工艺技术将晶界上的析出相调控至岛状分布状态，则有利于抑制应力腐蚀，但同时需要兼顾晶内析出相的尺寸不宜过大以免过多地损失室温拉伸性能。实验结果表明当组织发生再结晶时，应力腐蚀倾向于沿着再结晶的晶界拓展。此外，零件的初始残余应力水平与服役过程中的应力腐蚀开裂倾向有重要关联。轧制残余应力、淬火残余应力是7xxx系可热处理强化铝合金厚板的重要残余应力来源。执行有效的残余应力控制生产方案可以有效地降低零件的初始残余应力水平，同时降低零件投入服役时产生应力腐蚀开裂的倾向。由于以上4个与耐应力腐蚀性能密切相关的因素在工程化控制上难度大，技术含量高，因此，在保证综合性能的基础上使耐应力腐蚀性能提升一直是行业共性的制约7xxx系航空铝合金应用于海洋环境的技术瓶颈。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种航空用耐蚀铝合金及其制备方法，该铝合金能够有效提高耐蚀性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种航空用耐蚀铝合金，按重量百分比计，所述铝合金包含下列元素成分：Si≤0.02％，Fe≤0.04％，Zn＝5.0～6.0％，Mg＝1.7～2.6％，Cu＝1.2～2.0％，Mn＝0.02～0.06％，Cr＝0.01～0.25％，Ti＝0.02～0.05％，X＝0.08～0.25％，X为Zr与Sc、Pr中的一种元素或两种元素的混合，且0.5≤(Sc+Pr)/Zr≤1，其余量为Al及不可避免的杂质元素，每种不可避免的杂质元素都低于0.03％，且不可避免的杂质元素的总量小于0.1％。
本发明在合金化学成分设计时，通过“X＝0.08～0.25％，X为Zr与Sc、Pr中的一种元素或两种元素的混合，且0.5≤(Sc+Pr)/Zr≤1”的稀土元素复合添加，在铸造的快速凝固过程中形成过饱和固溶体，与现有技术相比，可以更有效地在铝合金组织中形成弥散细小的与基体呈共格关系的Alx(Zr，Sc，Pr)多元弥散相。该多元弥散相在后续热轧和固溶工序中可以有效地抑制组织发生再结晶，提高材料的耐蚀性能。
本发明还提供一种上述航空用耐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按设计的配料进行熔炼，获得铝合金溶体；
(2)将铝合金溶体转移至保温炉中，在保温炉中对铝合金熔体进行静置、扒渣、搅拌、精炼；
(3)在线投入晶粒细化剂，然后对熔体进行过滤；
(4)采用半连续铸造方法铸造成轧制用铸锭；
(5)均匀化热处理：采用多级均匀化热处理制度；
(6)铸锭锯切顶部和底部，铣面；
(7)预热：锯切、铣面后的铸锭进行预热；
(8)热轧：将预热后的铸锭进行热轧；
(9)退火热处理；
(10)固溶淬火；
(11)预拉伸消减残余应力；
(12)振动时效；
(13)时效热处理：进行多级时效热处理；
(14)锯切获得成品。
本发明通过合理化合金含量，配合上述工艺步骤，提高铝合金的耐应力腐蚀性能，获得高耐蚀性能的航空用耐蚀铝合金。
进一步地，步骤(1)中，当观察到固体原材料已经熔化了50％～80％体积时，开始进行间断式双向电磁搅拌；步骤(2)中，铝合金熔体转移至保温炉的体积到达40～60％时，开始进行间断式双向电磁搅拌。
使用电磁搅拌器对熔体进行搅拌，提高熔炼效率，提高熔体的成分均匀性和成分控制精度。电磁搅拌技术可以有效提高熔炼过程中的熔炼效率，节约生产成本，并且可以有效地提高熔体成分的均匀性，为最终成品铝合金厚板的性能一致性提供基础。电磁搅拌方法优选为正向转150～200s后，停止30～120s，再反向转150～200s，停止30～120s，再正向转，以此方法进行循环。
进一步地，步骤(5)均匀化热处理中，采用三级热处理制度，第一级热处理保温温度350～420℃，保温时间4～10h；第二级热处理保温温度460～475℃，保温时间6～15h；第三级热处理保温温度480～490℃，保温时间20～48h；冷却过程采用分段冷却制度，从第三级保温温度降至250℃过程采用风冷，250℃降温至室温过程采用风冷+水雾冷却方式。
本发明的均匀化热处理的特殊冷却方式可以有效使弥散相析出均匀细小，且节约热处理占用热处理炉的时间，提高经济效益。
进一步地，步骤(8)热轧中，开轧温度为420～440℃；轧制道次分配倒数第4个轧制道次和倒数第3个轧制道次采用大变形量轧制，变形区形状系数为1.1～1.2；倒数第2个轧制道次和最后一个轧制道次变形区形状系数为0.8～1.1；控制轧制速度使终轧温度控制在350～420℃温度区间。
与现有技术相比，通过合理设计变形区形状系数，使铝合金厚板在本发明特殊的轧制工艺中既获得了板材心部的充分变形，又良好地控制轧制下线板材的中凸度，使铝合金厚板沿着宽度方向和厚度方向的变形更加均匀，减小轧制残余应力。
进一步地，步骤(9)退火热处理中，采用多级退火热处理，第一级退火热处理，保温温度为260～270℃，保温时间60～240min；第二级退火热处理，保温温度为300～320℃，保温时间60～240min。
在热轧之后增加了特殊的退火热处理，与现有技术相比，该退火热处理可以有效地释放轧制的变形储能，抑制静态再结晶，提高材料的耐蚀性能。
进一步地，步骤(10)固溶淬火中，采用双级固溶淬火方式，第一级固溶热处理温度400～420℃，保温30～90min；以20～40℃/h的升温速率升温至第二级固溶阶段；第二级固溶热处理温460～480℃，保温时间60～320min。
固溶淬火时间太短，导致S相和T相不能完全回溶至基体中，残留在晶界处，导致最终产品的断裂韧性、抗疲劳性能均下降；时间太长，导致晶粒发生异常长大，降低室温拉伸性能和抗应力腐蚀性能。本发明采用特定参数的双级固溶淬火方式，保证S相和T相充分回溶至基体中，而且晶粒不发生长大。
进一步地，步骤(11)预拉伸消减残余应力中，塑性变形率为2.0～2.6％，拉伸变形速率为1～5mm/s。
进一步地，步骤(12)振动时效中，采用2～6台激振器以间隔放置的方式安装于铝合金板材其中一端拉伸夹持区的区域，并确保安装激振器的区域在成品锯切时能够被切除，铝合金厚板拉伸夹持区是指步骤(11)机械拉伸机夹持铝合金厚板施加拉伸力时在铝合金厚板两端留下的夹持咬痕；振动时间为0.5～3h，振动加速度为25～125m/s2；激振器振动频率设置为共振峰的最大振动加速度值a的75％处对应的电机转频值。
现有技术的铝合金厚板生产方法仅使用预拉伸方法消减残余应力。本发明采用了“预拉伸”和“振动时效”的方法对厚板进行残余应力消减，与现有技术相比具有更优的残余应力消减效果，可以有效地减少铝合金厚板加工成零件，投入服役时产生应力腐蚀的倾向。本发明所述振动时效技术更适用于铝合金厚板的残余应力消减应用，其耗时时间短，应用方便，节约生产成本，具有良好的经济效益。
进一步地，步骤(13)时效热处理中，时效热处理为双级时效热处理；第一级时效热处理的保温温度为110～130℃，保温时间为4～10h；第二级时效热处理的保温温度为155～170℃，保温时间为20～30h；第一级时效热处理至第二级时效热处理的升温速率为30～35℃/h。
双级时效热处理制度兼顾晶内析出相的尺寸调控和晶界析出相的形状调控，与现有技术相比，通过特殊的第一级时效热处理至第二级时效热处理升温速率控制，使本发明的铝合金板材的析出相与现有技术相比更加细小弥散，并有效控制无沉淀析出带的宽度，获得更优异的强韧化和耐蚀性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过合理的组分配比，“X＝0.08～0.25％，X为Zr与Sc、Pr中的一种元素或两种元素的混合，且0.5≤(Sc+Pr)/Zr≤1”的稀土元素复合添加，在铸造的快速凝固过程中形成过饱和固溶体，可以更有效地在铝合金组织中形成弥散细小的与基体呈共格关系的Alx(Zr，Sc，Pr)多元弥散相。该多元弥散相在后续热轧和固溶工序中可以有效地抑制组织发生再结晶，提高材料的耐蚀性能。本发明的制备方法，通过合理化合金含量，配合特定的工艺步骤，提高铝合金的耐应力腐蚀性能，获得高耐蚀性能的航空用耐蚀铝合金。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
附图1为本发明实施例1时效热处理后的金相组织(铬酸腐蚀剂腐蚀1.5min)；
附图2为本发明实施例2时效热处理后的金相组织(铬酸腐蚀剂腐蚀1.5min)；
附图3为本发明实施例3时效热处理后的金相组织(铬酸腐蚀剂腐蚀1.5min)；
附图4为对比例1时效热处理后的典型金相组织(铬酸腐蚀剂腐蚀1.5min)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，按以下重量百分比计，超高强航空用铝合金包含下列元素成分：Si≤0.02％，Fe≤0.04％，Zn＝5.0～6.0％，Mg＝1.7～2.6％，Cu＝1.2～2.0％，Mn＝0.02～0.06％，Cr＝0.01～0.25％，Ti＝0.02～0.05％，Zr＝0.08％，Sc＝0.08％，其余量为Al及不可避免的杂质元素，每种不可避免的杂质元素都低于0.03％，且不可避免的杂质元素的总量小于0.1％。
本实施例的航空用耐蚀铝合金的制备方法，包括：
(1)按设计的配料进行熔炼，获得铝合金溶体；熔炼温度765℃，熔炼时间8h；当观察到固体原材料已经熔化了60％体积时，开始进行间断式双向电磁搅拌，电磁搅拌方法优选为正向转200s后，停止50s，再反向转200s，停止50s，再正向转，以此方法进行循环；
(2)将铝合金溶体转移至保温炉中，在保温炉中对铝合金熔体进行静置、扒渣、搅拌、精炼；在保温炉中，熔体从熔炼炉转移至保温炉的体积到达55％时，开始进行间断式双向电磁搅拌，电磁搅拌方法优选为正向转155s后，停止80s，再反向转155s，停止80s，再正向转，以此方法进行循环；
(3)在线投入晶粒细化剂，然后对熔体进行过滤；
(4)采用半连续铸造方法铸造成轧制用方形铸锭；
(5)均匀化热处理：采用多级均匀化热处理制度，第一级热处理保温温度380℃，保温时间8h；第二级热处理保温温度469℃，保温时间6.5h；第三级热处理保温温度488℃，保温时间26h；冷却过程采用分段冷却制度，从第三级保温温度降至250℃过程采用风冷，250℃降温至室温过程采用风冷+水雾冷却方式；
(6)铸锭锯切顶部和底部、铣面；
(7)预热：锯切、铣面后的铸锭进行预热，保温温度420～440℃，保温时间9h；
(8)热轧：将预热后的铸锭进行热轧，开轧温度为420～440℃；轧制道次分配倒数第4个轧制道次的变形区形状系数为1.1；倒数第3个轧制道次的变形区形状系数为1.15；倒数第2个轧制道次的变形区形状系数为0.85；最后一个轧制道次的变形区形状系数为1.0；终轧温度控制为360～380℃；
(9)退火热处理；采用多级退火热处理，第一级退火热处理，保温温度为260℃，保温时间180min；第二级退火热处理，保温温度为305℃，保温时间125min；
(10)固溶淬火；采用双级固溶淬火方式，第一级固溶热处理温度405℃，保温70min；以35℃/h的升温速率升温至第二级固溶阶段；第二级固溶热处理温度465℃，保温时间140min；
(11)预拉伸消减残余应力，塑性变形率2.0～2.3％，拉伸变形速率3.0mm/s；
(12)振动时效，将4台激振器以间隔放置的方式安装于铝合金板材拉伸夹持区的一个端角区域，该区域在成品锯切时可以被切除，振动时间为1h，振动加速度为60m/s2；激振器振动频率设置为共振峰的最大振动加速度值a的75％处对应的电机转频值；
(13)时效热处理：进行多级时效热处理；第一级时效热处理的保温温度为110～130℃，保温时间为8h；第二级时效热处理的保温温度为155～170℃，保温时间24h；第一级时效热处理至第二级时效热处理的升温速率为32℃/h；
(14)锯切获得成品。
实施例2
本实施例中，按以下重量百分比计，超高强航空用铝合金包含下列元素成分：Si≤0.02％，Fe≤0.04％，Zn＝5.0～6.0％，Mg＝1.7～2.6％，Cu＝1.2～2.0％，Mn＝0.02～0.06％，Cr＝0.01～0.25％，Ti＝0.02～0.05％，Zr＝0.10％，Sc＝0.04％，Pr＝0.02％。，其余量为Al及不可避免的杂质元素，每种不可避免的杂质元素都低于0.03％，且不可避免的杂质元素的总量小于0.1％。
本实施例的航空用耐蚀铝合金的制备方法，包括：
(1)按设计的配料进行熔炼，获得铝合金溶体；熔炼温度770℃，熔炼时间7h；当观察到固体原材料已经熔化了65％体积时，开始进行间断式双向电磁搅拌，电磁搅拌方法优选为正向转175s后，停止60s，再反向转175s，停止60s，再正向转，以此方法进行循环；
(2)将铝合金溶体转移至保温炉中，在保温炉中对铝合金熔体进行静置、扒渣、搅拌、精炼；在保温炉中，熔体从熔炼炉转移至保温炉的体积到达55％时，开始进行间断式双向电磁搅拌，电磁搅拌方法优选为正向转190s后，停止55s，再反向转190s，停止55s，再正向转，以此方法进行循环；
(3)在线投入晶粒细化剂，然后对熔体进行过滤；
(4)采用半连续铸造方法铸造成轧制用方形铸锭；
(5)均匀化热处理：采用多级均匀化热处理制度，第一级热处理保温温度350℃，保温时间10h；第二级热处理保温温度460℃，保温时间15h；第三级热处理保温温度482℃，保温时间40h；冷却过程采用分段冷却制度，从第三级保温温度降至250℃过程采用风冷，250℃降温至室温过程采用风冷+水雾冷却方式；
(6)铸锭锯切顶部和底部、铣面；
(7)预热：锯切、铣面后的铸锭进行预热，保温温度420～440℃，保温时间9h；
(8)热轧：将预热后的铸锭进行热轧，开轧温度为420～440℃；轧制道次分配倒数第4个轧制道次的变形区形状系数为1.1；倒数第3个轧制道次的变形区形状系数为1.2；倒数第2个轧制道次的变形区形状系数为0.9；最后一个轧制道次的变形区形状系数为1.0；终轧温度控制为380～400℃；
(9)退火热处理；采用多级退火热处理，第一级退火热处理，保温温度为265℃，保温时间200min；第二级退火热处理，保温温度为320℃，保温时间60min；
(10)固溶淬火；采用双级固溶淬火方式，第一级固溶热处理温度410℃，保温60min；以40℃/h的升温速率升温至第二级固溶阶段；第二级固溶热处理温度470℃，保温时间200min；
(11)预拉伸消减残余应力，塑性变形率2.4～2.6％，拉伸变形速率3.0mm/s；
(12)振动时效，将4台激振器以间隔放置的方式安装于铝合金厚板拉伸夹持区的一个端角区域，该区域在成品锯切时可以被切除，振动时间1.5h，振动加速度70m/s2；激振器振动频率设置为共振峰的最大振动加速度值a的75％处对应的电机转频值；
(13)时效热处理：进行多级时效热处理；第一级时效热处理的保温温度为110～130℃，保温时间10h；第二级时效热处理的保温温度155～170℃，保温时间22h；第一级时效热处理至第二级时效热处理的升温速率为30℃/h；
(14)锯切获得成品。
实施例3
本实施例3所述航空用耐蚀铝合金厚板的制备方法由以下质量百分比的组分组成：Si≤0.02％，Fe≤0.04％，Zn＝5.0～6.0％，Mg＝1.7～2.6％，Cu＝1.2～2.0％，Mn＝0.02～0.06％，Cr＝0.01～0.25％，Ti＝0.02～0.05％，Zr＝0.08％，Sc＝0.04％，Pr＝0.03％，其余量为Al及不可避免的杂质元素，每种不可避免的杂质元素都低于0.03％，且不可避免的杂质元素的总量小于0.1％。
本实施例的航空用耐蚀铝合金的制备方法，包括：
(1)按设计的配料进行熔炼，获得铝合金溶体；熔炼温度775℃，熔炼时间8h；当观察到固体原材料已经熔化了70％体积时，开始进行间断式双向电磁搅拌，电磁搅拌方法优选为正向转150s后，停止45s，再反向转150s，停止45s，再正向转，以此方法进行循环；
(2)将铝合金溶体转移至保温炉中，在保温炉中对铝合金熔体进行静置、扒渣、搅拌、精炼；在保温炉中，熔体从熔炼炉转移至保温炉的体积到达60％时，开始进行间断式双向电磁搅拌，电磁搅拌方法优选为正向转155s后，停止40s，再反向转155s，停止40s，再正向转，以此方法进行循环；
(3)在线投入晶粒细化剂，然后对熔体进行过滤；
(4)采用半连续铸造方法铸造成轧制用方形铸锭；
(5)均匀化热处理：采用多级均匀化热处理制度，第一级热处理保温温度360℃，保温时间8h；第二级热处理保温温度475℃，保温时间11h；第三级热处理保温温度485℃，保温时间30h；冷却过程采用分段冷却制度，从第三级保温温度降至250℃过程采用风冷，250℃降温至室温过程采用风冷+水雾冷却方式；
(6)铸锭锯切顶部和底部、铣面；
(7)预热：锯切、铣面后的铸锭进行预热，保温温度420～440℃，保温时间6h；
(8)热轧：将预热后的铸锭进行热轧，开轧温度为420～440℃；轧制道次分配倒数第4个轧制道次的变形区形状系数为1.2；倒数第3个轧制道次的变形区形状系数为1.1；倒数第2个轧制道次的变形区形状系数为1.1；最后一个轧制道次的变形区形状系数为0.9；终轧温度控制为390～410℃；
(9)退火热处理；采用多级退火热处理，第一级退火热处理，保温温度为270℃，保温时间90min；第二级退火热处理，保温温度为312℃，保温时间95min；
(10)固溶淬火；采用双级固溶淬火方式，第一级固溶热处理温度420℃，保温40min；以37℃/h的升温速率升温至第二级固溶阶段；第二级固溶热处理温度475℃，保温时间255min。
(11)预拉伸消减残余应力，塑性变形率2.4～2.6％，拉伸变形速率1.8mm/s；
(12)振动时效；将5台激振器以间隔放置的方式安装于铝合金厚板拉伸夹持区的一个端角区域，该区域在成品锯切时可以被切除，振动时间2.0h，振动加速度80m/s2；激振器振动频率设置为共振峰的最大振动加速度值a的75％处对应的电机转频值；
(13)时效热处理：进行多级时效热处理；第一级时效热处理的保温温度为110～130℃，保温时间4h；第二级时效热处理的保温温度为155～170℃，保温时间28h；第一级时效热处理至第二级时效热处理的升温速率为33℃/h；
(14)锯切获得成品。
对比例1
本对比例提供一种传统的航空用铝合金板材及其制备方法，该传统的航空用铝合金板材按以下重量百分比计，元素组分为：Si≤0.10％，Fe≤0.12％，Zn＝5.0～6.0％，Mg＝2.0～2.4％，Cu＝1.5～1.8％，Mn＝0.02～0.06％，Cr＝0.05％，Ti＝0.03％，Zr＝0.10％，其余量为Al及不可避免的杂质元素，每种不可避免的杂质元素都低于0.03％，且不可避免的杂质元素的总量小于0.1％。
本对比例的航空用铝合金板材的制备方法，包括：
(1)按设计的配料进行熔炼，获得铝合金溶体，熔炼温度765℃，熔炼时间8h；
(2)将铝合金溶体转移至保温炉中，在保温炉中对铝合金熔体进行静置、扒渣、搅拌、精炼；
(3)在线投入晶粒细化剂，然后对熔体进行过滤；
(4)采用半连续铸造方法铸造成轧制用方形铸锭；
(5)均匀化热处理：从室温升温至均匀化热处理温度采用全速升温，热处理保温温度470℃，保温时间24h；
(6)铸锭锯切顶部和底部、铣面；
(7)预热：锯切、铣面后的铸锭进行预热，保温温度420℃，保温时间8h；
(8)热轧：将预热后的铸锭进行热轧，开轧温度优选为420℃，终轧温度300℃；
(9)固溶淬火：保温温度475℃，保温时间240min；
(10)预拉伸消减残余应力，塑性变形率2.6～2.8％，拉伸变形速率10mm/s；
(11)时效热处理：进行多级时效热处理；第一级时效热处理的保温温度为121℃，保温时间4h；第二级时效热处理的保温温度为163℃，保温时间28h；
(12)锯切获得成品。
实施例1～3和对比例1的铝合金板材性能如表1所示。
从表1中可以看出，实施例1～3具有高室温拉伸性能、优秀的断裂韧性、抗应力腐蚀性能和耐盐雾腐蚀性能，同时因采用了特殊的轧制工艺和残余应力消减工艺获得了低残余应力的特性。
实施例1～3与对比例1相比，实施例1～3采用电磁搅拌技术有效地提高熔炼过程中的熔炼效率，节约生产成本，并且可以有效地提高熔体成分的均匀性，有效地细化铸造过程中初生相的尺寸，减少成品铝合金厚板的裂纹源。因此，实施例1～3与对比例1相比拥有更高的断裂韧性。
实施例1～3与对比例1相比，添加了稀土元素Sc和Pr部分替代Zr元素，并配合本发明特定的均匀化热处理技术，获得多元共格弥散相Alx(Zr，Sc，Pr)，与对比例1相比，拥有更良好的抑制组织再结晶的特点，在时效热处理后获得更有利于抵抗应力腐蚀裂纹沿着再结晶晶粒的晶界扩展的能力。此外，实施例1～3与对比例1相比，在热轧工序后增加了特殊的退火热处理工艺，使热轧变形过程中产生的储能得到充分释放，产生亚晶组织，抑制后续固溶热处理过程中材料处于高温状态而发生再结晶。为验证实施例1～3和对比例1的组织特点，使用铬酸腐蚀对时效后的样品腐蚀1～2min，通过观察金相组织判断再结晶的比例。图1～3分别是实施例1～3的金相组织。经铬酸腐蚀1.5min后，呈白色的是再结晶组织，呈黑色的是变形组织。实施例1～3几乎没有发生再结晶，而图4的对比例1的金相组织由于发生了较高比例的再结晶，晶粒在铬酸腐蚀条件下呈白色。前期积累的大量研究结果表明再结晶晶粒的晶界倾向于发生平衡析出相连续分布，导致抗应力腐蚀性能下降。因此，从组织上也可以推断实施例1～3与对比例1相比拥有更优秀的抗应力腐蚀的性能。
实施例1～3与对比例1相比，实施例1～3热轧工艺的道次表采用了特殊变形区形状系数匹配和终轧温度控制，使轧制残余应力得到了良好的控制，沿着厚度方向和宽度方向的金属流动更加均匀，为最终成品的残余应力控制打下了良好的基础。步骤(11)预拉伸消减残余应力和步骤(12)振动时效对厚板进行残余应力消减，与对比例1相比，具有更优的残余应力消减效果。实施例1～3使用本发明的残余应力调控技术，与对比例1相比，使残余应力消除效果提升了4.9～7.8％，有效地降低了铝合金厚板的加工变形倾向。
表1实施例1～3和对比例1的铝合金厚板性能测试结果
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种航空用耐蚀铝合金，其特征在于：按重量百分比计，所述铝合金包含下列元素成分：Si≤0.02%，Fe≤0.04%，Zn=5.0~6.0%，Mg=1.7~2.6%，Cu=1.2~2.0%，Mn=0.02~0.06%，Cr=0.01~0.25%，Ti=0.02~0.05%，X=0.08~0.25%，X 为 Zr与Sc、Pr中的一种元素或两种元素的混合，且0.5≤（Sc+Pr）/Zr≤1，其余量为Al及不可避免的杂质元素，每种不可避免的杂质元素都低于0.03%，且不可避免的杂质元素的总量小于0.1%。
2.一种权利要求1所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按设计的配料进行熔炼，获得铝合金溶体；
（2）将铝合金溶体转移至保温炉中，在保温炉中对铝合金熔体进行静置、扒渣、搅拌、精炼；
（3）在线投入晶粒细化剂，然后对熔体进行过滤；
（4）采用半连续铸造方法铸造成轧制用铸锭；
（5）均匀化热处理：采用多级均匀化热处理制度；
（6）铸锭锯切顶部和底部，铣面；
（7）预热：锯切、铣面后的铸锭进行预热；
（8）热轧：将预热后的铸锭进行热轧；
（9）退火热处理；
（10）固溶淬火；
（11）预拉伸消减残余应力；
（12）振动时效；
（13）时效热处理：进行多级时效热处理；
（14）锯切获得成品。
3.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，当观察到固体原材料已经熔化了50%~80%体积时，开始进行间断式双向电磁搅拌；步骤（2）中，铝合金熔体转移至保温炉的体积到达40~60%时，开始进行间断式双向电磁搅拌。
4.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（5）均匀化热处理中，采用三级热处理制度，第一级热处理保温温度350~420℃，保温时间4~10h；第二级热处理保温温度460~475℃，保温时间6~15h；第三级热处理保温温度480~490℃，保温时间20~48h；冷却过程采用分段冷却制度，从第三级保温温度降至250℃过程采用风冷，250℃降温至室温过程采用风冷+水雾冷却方式。
5.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（8）热轧中，开轧温度为420~440℃；轧制道次分配倒数第4个轧制道次和倒数第3个轧制道次采用大变形量轧制，变形区形状系数为1.1~1.2；倒数第2个轧制道次和最后一个轧制道次变形区形状系数为0.8~1.1；控制轧制速度使终轧温度控制在350~420℃温度区间。
6.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（9）退火热处理中，采用多级退火热处理，第一级退火热处理，保温温度为260~270℃，保温时间60~240min；第二级退火热处理，保温温度为300~320℃，保温时间60~240min。
7.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（10）固溶淬火中，采用双级固溶淬火方式，第一级固溶热处理温度400~420℃，保温30~90min；以20~40℃/h的升温速率升温至第二级固溶阶段；第二级固溶热处理温460~480℃，保温时间60~320min。
8.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（11）预拉伸消减残余应力中，塑性变形率为2.0~2.6%，拉伸变形速率为1~5mm/s。
9.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（12）振动时效中，采用2~6台激振器以间隔放置的方式安装于铝合金板材其中一端拉伸夹持区的区域，并确保安装激振器的区域在成品锯切时能够被切除；振动时间为0.5~3h，振动加速度为25~125m/s2；激振器振动频率设置为共振峰的最大振动加速度值a的75%处对应的电机转频值。
10.根据权利要求2所述的航空用耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于：步骤（13）时效热处理中，时效热处理为双级时效热处理；第一级时效热处理的保温温度为110~130℃，保温时间为4~10h；第二级时效热处理的保温温度为155~170℃，保温时间为20~30h；第一级时效热处理至第二级时效热处理的升温速率为30~35℃/h。
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