一种高强韧、低淬火敏感性的厚大截面铝合金锻件及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种厚大截面铝合金锻件，其特征在于，按重量百分比计，所述厚大截面铝合金锻件的合金成分包括：zn 7.3%~7.9%、mg 1.5%~1.8%、cu 1.5%~1.8%、zr 0.09%~0.14%、fe≤0.07%、si≤0.07%，其余杂质总量<0.05%，余量为铝；所述厚大截面铝合金锻件的制备方法包括如下步骤：1）将铝锭、镁锭、锌锭、铝铜中间合金和铝锆中间合金加热熔融，得到铝合金熔体；2）将步骤1）的铝合金熔体进行精炼、扒渣、除气；3）将步骤2）的铝合金熔体进行铸造，制备得到超大规格铸锭；4）对步骤3）的超大规格铸锭采用多级处理工艺进行均匀化退火；5）对步骤4）的均匀化退火后的超大规格铸锭进行强变形处理；6）对步骤5）的强变形处理后的锻件采用多级处理工艺进行固溶淬火；7）沿步骤6）的固溶淬火后的锻件的厚度方向进行冷压缩，压缩量为2%~4%；8）对步骤7）的冷压缩后的锻件采用双级时效处理，制备得到所述厚大截面铝合金锻件。2.根据权利要求1所述的厚大截面铝合金锻件，其特征在于，所述厚大截面铝合金锻件的厚度t满足：305mm≥t≥200mm。3.根据权利要求1所述的厚大截面铝合金锻件，其特征在于，所述厚大截面铝合金锻件满足如下条件中的至少一项：（1）抗拉强度达到540mpa以上；（2）屈服强度达到520mpa以上；（3）延伸率达到10%以上；（4）断裂韧度达到25mpa
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以上；（5）剥落腐蚀性能达到ea级；（6）疲劳强度极限达到300mpa以上；（7）在310mpa下应力腐蚀20天不开裂；（8）锻件表面残余应力低于
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100mpa。4.根据权利要求1所述的厚大截面铝合金锻件，其特征在于，所述厚大截面铝合金锻件满足如下条件中的至少一项：（a）不同厚度位置的屈服强度变异系数达到3%以下；（b）不同厚度位置的抗拉强度变异系数达到3%以下；（c）不同厚度位置的断裂韧度大于等于25mpa
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且差值小于3mpa
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；（d）所述厚大截面铝合金锻件满足不同批次间抗拉强度变异系数达到4%以下，批次数不小于10批；（e）所述厚大截面铝合金锻件满足不同批次间屈服强度变异系数达到4%以下，批次数不小于10批。5.根据权利要求1-4任一项所述的厚大截面铝合金锻件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1）将铝锭、镁锭、锌锭、铝铜中间合金和铝锆中间合金加热熔融，得到铝合金熔体；2）将步骤1）的铝合金熔体进行精炼、扒渣、除气；3）将步骤2）的铝合金熔体进行铸造，制备得到超大规格铸锭；
4）对步骤3）的超大规格铸锭采用多级处理工艺进行均匀化退火；5）对步骤4）的均匀化退火后的超大规格铸锭进行强变形处理；6）对步骤5）的强变形处理后的锻件采用多级处理工艺进行固溶淬火；7）沿步骤6）的固溶淬火后的锻件的厚度方向进行冷压缩，压缩量为2%~4%；8）对步骤7）的冷压缩后的锻件采用双级时效处理，制备得到所述厚大截面铝合金锻件。6.根据权利要求5所述的厚大截面铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述超大规格铸锭为直径1000mm以上的圆铸锭，或者厚度420mm以上的扁铸锭；和/或，步骤4）中，所述均匀化退火包括如下步骤：在350℃~430℃下保温10h~24h进行第一级均匀化退火处理，随后在440℃~450℃下保温10h~24h进行第二级均匀化退火处理，最后在460℃~475℃下保温36h~48h进行第三级均匀化退火处理。7.根据权利要求5所述的厚大截面铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤5）中，所述强变形处理包括如下步骤：（1）对均匀化退火处理后的铸锭进行铣削加工，将铣削加工后的铸锭加热至(430~440)
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10℃并保温10h~20h；（2）在410℃~440℃温度下，将步骤（1）的铣削加工后的铸锭依次进行一次镦粗、一次倒棱拔长和二次镦粗；镦粗过程中模具的下压速度为10~15mm/s，倒棱拔长过程中模具的下压速度为10~15mm/s，镦粗方向与倒棱拔长方向垂直；且一次镦粗后的坯料的高度和二次镦粗后的坯料的高度相同，为h/2~h/3；一次倒棱拔长后的坯料的直径为(0.7~0.9)φ；h为铣削加工后的铸锭的高度，φ为铣削加工后的铸锭的直径；（3）将步骤（2）的坯料回炉加热保温，当坯料的温度为300℃以下时，坯料回炉加热保温的温度为(430~440)
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10℃，时间为10~15h；当坯料的温度为300℃以上时，坯料回炉加热保温的温度为(430~440)
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10℃，时间为2.5~10h；（4）将步骤（3）的坯料依次进行二次倒棱拔长、三次镦粗和打方；倒棱拔长过程中模具的下压速度为20~25mm/s，镦粗过程中模具的下压速度为20~25mm/s，镦粗方向与倒棱拔长方向垂直，打方方向与镦粗方向垂直且与倒棱拔长方向平行；且三次镦粗后的坯料的高度和二次镦粗后的坯料的高度相同；二次倒棱拔长后的坯料的直径与一次倒棱拔长后的坯料的直径相同；（5）将步骤（4）的坯料回炉加热保温，当坯料的温度为300℃以下时，坯料回炉加热保温的温度为(430~440)
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10℃，时间为10~15h；当坯料的温度为300℃以上时，坯料回炉加热保温的温度为(430~440)
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10℃，时间为2.5~10h；（6）将步骤（5）的坯料进行拔长、平整，并控制终锻温度≥350℃。8.根据权利要求7所述的厚大截面铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，加热过程中，铸锭的装炉量不超过额定装炉量的60%，相邻铸锭的间距≥200mm，铸锭放置于加热炉有效区间的中心区域；步骤（2）中，单道次镦粗变形量为40%~70%；步骤（2）和步骤（4）中，镦粗和倒棱拔长前对模具进行加热处理，加热的温度为450℃，加热的时间≥10h；
步骤（3）和步骤（5）中，加热过程中，坯料的装炉量不超过额定装炉量的60%，相邻坯料的间距≥200mm，坯料放置于加热炉有效区间的中心区域；步骤（4）中，单道次镦粗变形量为40%~70%；步骤（6）中，所述拔长至t 25mm~t 50mm，t为铝合金锻件的厚度，单位mm。9.根据权利要求5所述的厚大截面铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤6）中，具体包括如下步骤：在400℃~450℃下保温2h~4h进行第一级固溶处理，随后在455℃~465℃下保温2h~4h进行第二级固溶处理，随后在475℃~480℃下保温4h~8h进行第三级固溶处理，保温结束后出炉淬火，淬火转移时间≤15s；步骤6）中，铝合金锻件的淬火水温为35℃~55℃；步骤6）中，沿铝合金锻件宽度和厚度所形成的平面优先入水，多件同时入水时，锻件间隔大于300mm，锻件在水中浸泡的时间满足（0.15t~0.2t）min，t是指铝合金锻件的厚度。10.根据权利要求5所述的厚大截面铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤8）中，具体包括如下步骤：在115℃~125℃下保温2h~6h进行第一级时效处理，随后在155℃~160℃下保温8h~10h进行第二级时效处理，从第一级时效处理的温度到第二级时效处理的温度的升温速率为0.5~1℃/min。

技术总结
本发明提供了一种高强韧、低淬火敏感性的厚大截面铝合金锻件及其制备方法。沿所述铝合金锻件厚度方向具有高强高韧且性能均匀的特点，制备厚大截面铝合金锻件需要大规格铸锭，通过精确控制可以使铸锭各位置的成分波动大幅度降低，使铸锭成分更加均匀；另外精确控制合金范围还可以降低锻件批次间的性能差异。在此基础上，搭配本发明的强变形处理、多级高温固溶并淬火、冷压缩和双级时效处理，获得的厚大截面铝合金锻件具有高强韧、低残余应力、抗腐蚀、低淬火敏感性、性能均匀、批次稳定的特点。点。点。


技术研发人员：戴圣龙 冯军 冯朝辉 臧金鑫 何维维
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：2022.12.05
技术公布日：2022/12/30