本發(fā)明屬于鋁合金，具體涉及一種不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、7系鋁合金(al-zn-mg-cu)因具備高比強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度＞500mpa)、優(yōu)異的加工性能和輕量化特性，已成為航空航天結(jié)構(gòu)件的核心材料，在飛機(jī)機(jī)體中的用量占比高，廣泛應(yīng)用于機(jī)翼蒙皮、舷窗框、起落架等關(guān)鍵承力部件。
2、然而，該類合金在服役過程中暴露的應(yīng)力腐蝕開裂問題是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的主要風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)力腐蝕裂紋沿晶界擴(kuò)展，無明顯塑性變形預(yù)兆，在拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用下引發(fā)突發(fā)性斷裂。同時(shí)傳統(tǒng)高強(qiáng)鋁合金通過晶內(nèi)納米析出相(mgzn2)強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度，但晶界連續(xù)粗大的mgzn2相與基體形成電位差，成為陽(yáng)極溶解通道，加劇scc敏感性，而改善scc的過時(shí)效處理(如t73狀態(tài))會(huì)犧牲鋁合金的強(qiáng)度，難以滿足現(xiàn)代航空部件對(duì)綜合性能的苛求。
3、中國(guó)專利cn117467914b公開了一種耐應(yīng)力腐蝕高強(qiáng)al-zn-mg-cu合金厚板及其制備方法和應(yīng)用，所述的al-zn-mg-cu合金厚板強(qiáng)度高、應(yīng)力腐蝕敏感性低，而且不含稀貴金屬元素，生產(chǎn)成本低，在現(xiàn)有制備條件下即可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與高耐應(yīng)力腐蝕的良好匹配。
4、中國(guó)專利cn108300915b公開了一種al-zn-mg-cu系航空鋁合金及其制備方法，具有良好的強(qiáng)度和耐局部腐蝕抗力。
5、剝落腐蝕(exco)和應(yīng)力腐蝕開裂(scc)是鋁合金在腐蝕環(huán)境中兩種典型的失效模式，其成因、表現(xiàn)形式和防控策略存在本質(zhì)差異。剝落腐蝕是一種特殊形式的晶間腐蝕，通常發(fā)生在具有層狀結(jié)構(gòu)的材料中，如某些鋁合金，主要影響暴露于潮濕環(huán)境中未經(jīng)保護(hù)處理的鋁合金，剝落腐蝕并不一定需要外部拉應(yīng)力的存在，主要是由于環(huán)境介質(zhì)的作用引起。它沿著金屬的軋制或擠壓方向擴(kuò)展，在材料表面形成片狀剝離的現(xiàn)象。而應(yīng)力腐蝕是指在腐蝕環(huán)境中，當(dāng)材料承受足夠高的拉伸應(yīng)力時(shí)發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象?，F(xiàn)有鋁合金在提高抗scc性能時(shí)，常伴隨抗剝落腐蝕能力下降的現(xiàn)象。
6、因此，亟需一款應(yīng)力腐蝕、抗剝落腐蝕以及力學(xué)性能綜合性能更為理想的航空鋁合金材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料及其制備方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
3、一種不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：
4、(1)配料：根據(jù)以下化學(xué)成分的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料：zn11.2-13.7％，mg1.5-2.8％，cu1.5-2.4％，zr0.15-0.76％，y1.0-2.0％，sc?0.5-1.5％，cr0.32-0.51％，si0.05-0.17％，be0.01-0.08％，mn0.02-0.10％，ti0.07-0.15％，yb0.01-0.05％，余量為al；
5、(2)熔煉與鑄造：先將純鋁錠熔化后，按序加入al-10zr中間合金、al-50cu、純zn、al-10cr、al-10mn、al-ti中間合金、純mg、al-10y、al-2sc、al-5yb、al-si-be中間合金；精煉，靜置后扒渣；澆注，得到鑄錠；
6、(3)均勻化處理：采用三級(jí)階梯均勻化處理，結(jié)束后淬火；
7、(4)熱擠壓成形：400-420℃預(yù)熱2-3h，進(jìn)行熱擠壓成型；
8、(5)固溶處理：升溫至475℃保溫1.5-2h，然后淬火；
9、(6)進(jìn)行多級(jí)熱處理，得到不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料。
10、優(yōu)選的，所述zn/mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值為7.5～7.8。
11、優(yōu)選的，y的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大于sc和zr質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和。
12、優(yōu)選的，澆注的條件為：澆注溫度700-720℃，鑄造速度15-25mm/min，冷卻水流量1000-1500l/min，得到鑄錠。
13、優(yōu)選的，步驟(3)淬火的條件為：70-80℃熱水淬火，40-45℃濃度2.0wt％硅酸鹽水溶液浸淬，冷卻至室溫。
14、優(yōu)選的，熱擠壓成形中擠壓參數(shù)：模具溫度380-400℃，擠壓比17：1-20：1，擠出速度1.5-2.5m/min。
15、優(yōu)選的，采用三級(jí)階梯均勻化處理具體為：先360-380℃保溫12-14h；升溫至440-460℃保溫22-24h，最后升溫至475-485℃保溫12-15h，結(jié)束后淬火。
16、本發(fā)明通過使用三級(jí)階梯均勻化處理，使y/yb/cr元素偏聚于晶界，抑制后續(xù)再結(jié)晶，提升抗應(yīng)力腐蝕能力；sc/zr形成共格al3(sc,zr)相提升再結(jié)晶抗力，細(xì)晶組織和穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)有助于延緩疲勞裂紋萌生，延長(zhǎng)使用壽命。
17、優(yōu)選的，步驟(3)和(5)淬火的條件為：70-80℃熱水淬火，40-45℃、濃度2.0wt％硅酸鹽水溶液浸淬，冷卻至室溫。
18、優(yōu)選的，所述多級(jí)熱處理的具體步驟為：
19、s1：自然時(shí)效：在室溫條件下，自然時(shí)效50-60h；
20、s2：一級(jí)時(shí)效：115-120℃保溫15-20h；
21、s3：一級(jí)固溶處理：400-420℃進(jìn)行固溶處理1-2h，隨爐冷卻；
22、s4：二級(jí)時(shí)效：升溫到100-110℃保溫5-10h；
23、s5：二級(jí)固溶處理：升溫至470-500℃進(jìn)行固溶強(qiáng)化處理0.5-1.5h，淬火并冷卻至室溫；
24、s6：三級(jí)時(shí)效：升溫到160-170℃保溫15-20h。
25、本發(fā)明通過多級(jí)熱處理工藝，結(jié)合了自然時(shí)效、分級(jí)時(shí)效與固溶處理，實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化，通過非常系統(tǒng)且精細(xì)的微觀組織調(diào)控策略，控制析出行為和再結(jié)晶程度，提高鋁合金的耐應(yīng)力腐蝕性能以及綜合力學(xué)性能。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：
27、1、發(fā)明通過科學(xué)設(shè)計(jì)合金成分體系，并結(jié)合優(yōu)化的制備工藝，顯著提升了鋁合金在復(fù)雜服役環(huán)境下的耐腐蝕性能，通過添加適量的zn、mg、cu實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的同時(shí)，引入zr、y、sc等微量元素調(diào)控微觀組織，增強(qiáng)晶界穩(wěn)定性，從而有效抑制應(yīng)力腐蝕裂紋的萌生與擴(kuò)展。同時(shí)解決了傳統(tǒng)高強(qiáng)鋁合金中常見的應(yīng)力腐蝕敏感性高、抗剝落性能差等問題。該合金在多種腐蝕環(huán)境中均表現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐久性，實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能與耐腐蝕性能的良好平衡。
28、2、本發(fā)明的鋁合金具有高強(qiáng)度、良好斷裂韌性及優(yōu)異的抗疲勞性能，同時(shí)兼具出色的耐應(yīng)力腐蝕與抗剝落腐蝕能力，完全滿足現(xiàn)代航空結(jié)構(gòu)件對(duì)材料高性能化、長(zhǎng)壽命化的要求。適用于制造飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼主梁、起落架等關(guān)鍵承力構(gòu)件。相比于現(xiàn)有商用航空鋁合金，本發(fā)明材料在保持高強(qiáng)度的同時(shí)顯著提升了環(huán)境適應(yīng)性，可有效延長(zhǎng)航空部件使用壽命，降低維護(hù)成本，提升飛行安全性。因此，該材料在新一代高性能航空裝備中具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。
1.一種不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，所述zn/mg的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的比值為7.5～7.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，y的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大于sc和zr質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，澆注的條件為：澆注溫度700-720℃，鑄造速度15-25mm/min，冷卻水流量1000-1500l/min，得到鑄錠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)淬火的條件為：熱水淬火，硅酸鹽水溶液浸淬，冷卻至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，熱擠壓成形中擠壓參數(shù)：模具溫度380-400℃，擠壓比17：1-20：1，擠出速度1.5-2.5m/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，采用三級(jí)階梯均勻化處理具體為：先360-380℃保溫12-14h；升溫至440-460℃保溫22-24h，最后升溫至475-485℃保溫12-15h，結(jié)束后淬火。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)和(5)淬火的條件為：熱水淬火硅酸鹽水溶液浸淬，冷卻至室溫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料的制備方法，其特征在于，所述多級(jí)熱處理的具體步驟為：
10.一種權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法制得的不易受應(yīng)力腐蝕的新型航空鋁合金材料。