本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种高热稳定性超高强铝合金及其制备方法。

　　铝合金主要依赖析出相的弥散强化，其主要析出强化相的热稳定性普遍不足，在100～150℃以上就会迅速长大而导致铝合金强度迅速下降。超高强铝合金是指强度650mpa以上的铝合金，具有密度小、比强度高、加工性能好和耐腐蚀等突出优点。随着我国航空航天、能源交通、和国防工业等领域的快速发展，对高强又耐热的铝合金需求不断增加。目前铸造耐热铝合金主要是al-cu和al-si系合金，但强度不足(al-cu强度一般低于400mpa，al-si强度低于300mpa)。变形耐热铝合金选取si、mg、cu、zr、ni、mn、ti、fe等不同的添加元素，形成热稳定性高的新析出相，抑制回复和再结晶过程，从而提高合金的抗高温软化和抗蠕变性能。但这类耐热析出相一般尺寸较大，多为非共格相，强化作用有限，也难以实现650mpa以上的高强度。超高强铝合金一般都基于7系铝合金(al-zn-mg-cu)开发，通过不断提高其合金元素含量(总含量超过12～15％)来提高析出强化效率，目前最高强度可达800mpa以上，但由于主要析出相η’相热稳定性较差，服役温度超过100℃即迅速长大并转变为η相，强度急剧下降，失去其超高强度的服役能力。

　　针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高热稳定性超高强铝合金及其制备方法。

　　本发明提供一种高热稳定性超高强铝合金，由以下组分按重量百分比组成：zn含量为8～14％，mg含量为1.8～3％，cu含量为0.3～2％，co含量为0.2～2.0％，zr含量为0.1～0.3％，杂质元素si含量≤0.08％，杂质元素fe≤0.1％，其余杂质总含量≤0.1％，其余为铝。

　　作为一个总的发明构思，本发明还提供所述高热稳定性超高强铝合金的制备方法，包括以下步骤：

　　(2)熔铸：熔炼温度为740～760℃，加入al、zn、cu和al-zr中间合金，扒渣静置，在设定温度下向熔液中添加mg、co，静置后进行铸造，待完全凝固后取出铸件；

　　(3)均匀化：在马弗炉中进行均匀化处理，均匀化温度为460±50℃，时间为24～36h；

　　(5)固溶处理：热变形后的合金进行固溶处理，固溶退火温度为480±50℃，时间为2～4h，随后进行水淬；

　　优选的，步骤(1)中，对所述纯金属和al-zr中间合金进行预热，预热温度为120～150℃，预热时间为1～2h。

　　a)控制熔炼温度为740～760℃，将相对应的纯al、zn、cu金属料以及al-zr中间合金在760℃条件下进行熔化，电机械搅拌，随后经过氯氢混合气精炼技术处理和熔体过滤；

　　b)对过滤后的熔体在730℃温度范围添加mg和co片，充分熔化后进行搅拌、过滤和氯氢混合气精炼处理，精炼后充分静置25min以上；

　　c)当温度降至720℃，将充分静置后的合金熔体进行直接浇注、连续或半连续铸造。

　　本发明的原理：本发明针对7系超高强铝合金中主要析出强化相η’相容易粗化的特点，根据第一性原理能量学计算结果，如图1所示，选取出co元素作为稳定化元素，通过偏析包裹在析出相附近，降低其在铝基体中的界面能，阻碍溶质的进一步扩散，从而抑制η’相的长大粗化，能够有效延缓合金过时效，提高合金的热稳定和抗应力腐蚀性。

　　本发明提供的是一种新型超高强铝合金成分及制备方法，该合金可以采用常规熔铸方法制备，并能够兼具超高强度、良好的抗应力腐蚀性能和热稳定性。实验表明，在zn+mg+cu总含量～12％的7系合金中，添加仅0.5％的co，其抗拉强度基本不变(650mpa)，在150℃下时效84小时，合金强度仍能够维持～600mpa的高强度，以峰值强度的92％计算，热稳定性提高60％。在zn+mg+cu总含量～15％的7系合金中，添加1.0％的co，抗拉强度可以提升至750mpa以上，热稳定性则提高100％，即在150℃下时效108小时，合金强度仍能够维持在～700mpa的超高强度(峰值强度的92％)，且晶界析出相不连续，抗应力腐蚀性能良好。

　　(1)本发明所提出的这种新型高热稳定性超高强铝合金材料，其制备流程与其他高强7系合金基本相同，无需增加任何新的工序，也不增加技术难度和生产成本。

　　(2)本发明所提出的这种新型合金成分具有创新性，通过计算优选了一种稳定化元素co，可以择优偏析到主要强化相(η’相)的界面，降低其界面能，抑制其长大粗化的动力学过程，从而有效提高合金性能的热稳定性。这种创新的成分设计的优势在于，不需要设计新的析出相，其它合金元素的含量与普通7系合金无明显差别。

　　(3)本发明所提供的这种新型合金由于引入了新的稳定化元素co，可以放宽热处理工艺窗口，这得益于co的偏析，提高了合金中主要析出强化η’相的热稳定性，本发明合金中150℃下峰时效强度可维持50小时以上，远远高于其他7系铝合金。

　　(4)本发明所提供的这种新型合金，可以兼顾高强度和抗应力腐蚀性能。对于普通7系合金，往往通过不同程度的过时效处理，牺牲强度来提高合金抗应力腐蚀性能，本发明由于提高了合金中析出强化η’相的热稳定性，随着时效时间的延长，合金内部的晶界和晶内析出的强化η’相均可以保持弥散细小，从而同时实现良好的抗应力腐蚀性能和超高强度。

　　图2为对比例1合金(无co)150℃时效的微观组织：(a)时效6h；(b)时效50h。

　　图3为本发明实例2合金(含1.0％co)经150℃时效50h的微观组织。

　　以下结合实例对本发明做进一步的说明,给出具体的实施方式和操作过程，但本发明的实施方式不限于此。

　　先将纯铝在740℃熔化，然后加入zn、cu纯元素和al-zr中间合金，待其全部熔化后，扒渣静置，随后将熔液温度控制在730℃，向熔液中添加纯mg，待炉料全部熔化后，将炉温降到720℃保温；待炉温稳定后，扒去熔渣，加入四氯乙烷进行除气处理，除气完成后加入覆盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于720℃下保温后撇渣，得到精炼金属熔液；静置20min后，浇注至石墨模具中，进行冷却处理；

　　热加工处理：将均匀化后的合金在450℃进行热轧，轧制累积变形量为90％，分5道次，累积变形量达到60％时进行中间退火，退火温度为450℃，退火时间为5min；

　　将150℃下不同时间时效处理的合金取样，室温拉伸实验测试强度和延伸率，测试结果如说明书附表1所示。表1结果显示，无co添加的对比例合金的热稳定性较差。150℃时效50小时，抗拉强度较其峰时效强度(650mpa)下降了～8％，为580mpa；时效108小时后，其强度较峰时效下降了～15％，为550mpa。对合金在150℃时效50小时后的样品取样，分别进行透射电镜组织表征，结果如图2所示，结果显示，合金150℃时效6小时，晶界、晶内析出相均细小弥散；时效50小时后，晶界、晶内析出相已发生明显粗化，晶界出现连续的晶界析出相，意味着合金强度和抗应力腐蚀性能同时降低。

　　a)控制熔炼温度为740～760℃，将相对应的纯al、zn、cu金属料以及al-zr中间合金在760℃条件下进行熔化，电机械搅拌，随后经过氯氢混合气精炼技术处理和熔体过滤；

　　b)对过滤后的熔体在730℃温度范围添加mg和co片，充分熔化后进行搅拌、过滤和氯氢混合气精炼处理，精炼后充分静置25min以上；

　　c)当温度降至720℃，将充分静置后的合金熔体进行直接浇注、连续或半连续铸造；

　　热变形：将均匀化后的合金在450℃进行热轧，轧制累积变形量为90％，分5道次，累积变形量达到60％时进行中间退火，退火温度为450℃，退火时间为5min；

　　将150℃下经不同时间时效处理的合金取样，室温拉伸实验测试强度和延伸率，测试结果如说明书附表1所示。表1结果显示，经150℃下连续时效84小时后，抗拉强度较其峰时效强度(653mpa)下降～8％，为600mpa。与无co含量的对比例合金相比，实施例1合金热稳定性提高60％。108小时后抗拉强度下降～10％，为586mpa。断后延伸率由8.9％提高到9.6％，与无co含量的对比例合金相当。

　　将150℃下不同时间时效处理的合金取样，室温拉伸实验测试强度和延伸率，测试结果如说明书附表1所示。表1结果显示，本发明所制备合金具有超高强度，且热稳定性良好。150℃下连续时效84小时后，强度较其峰时效强度(762mpa)仅下降～4％，为732mpa，108小时后的强度也仅下降～8％，为698mpa。与无co含量的对比例合金相比，实施例2合金热稳定性提高了100％。断后延伸率由6.5％提高到7.7％，对合金在150℃时效50小时后的样品取样，分别进行透射电镜组织表征，结果如图3所示。图3结果显示，晶内析出相仍保持细小弥散，晶界析出相开始有所粗化但仍然保持断开，没有出现连续的晶界析出相，这表明该合金仍保持超高强度(720mpa)，且兼具良好的抗应力腐蚀性能。

　　从上面的结果可以看到，采用本发明所述的新型合金成分，经所述的制备工艺可实现抗拉强度750mpa以上超高强度，且能够保持92％的峰值强度长达100小时以上、延伸率大于7.5％的高热稳定性超高强铝合金。本发明所述的含co新型7系铝合金材料，采用常规的熔铸+热变形+热处理方法，可实现高热稳定性的750mpa级超高强度，并具备良好的抗应力腐蚀性能和较好的加工成形性，这无疑将有助于拓展超高强铝合金在航空航天、交通运输和兵器工业等众多领域的应用范围。

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