CN103882351B - 一种制备铝锂合金超塑性板材的方法 - Google Patents

一种制备铝锂合金超塑性板材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备铝锂合金超塑性板材的方法，其工艺路线为：采用具有一定初始厚度的2A97铝锂合金板坯为原料，将板坯于460～540℃固溶0.5～4h，水淬后在400℃保温8～48h，再将合金轧制至1.0～4.0mm。与传统形变热处理方法相比，本发明通过提高中间退火温度有效地解决了大规格板材轧制时易开裂的问题，同时通过留有20%～30%的变形量由传统的温轧改为冷轧工艺提高了合金的变形储能解决了板材超塑性延伸率偏低的问题，首次制备出了超塑性能良好的2A97铝锂合金大规格超塑性板材。

Description

一种制备铝锂合金超塑性板材的方法
技术领域
本发明属于有色金属材料加工领域，具体涉及一种制备铝锂合金超塑性板材的方法。
采用本发明的方法可以获得2A97铝锂合金超塑性板材，典型超塑性伸长率为560%～1070%。
背景技术
在航空航天工业中，减重增效是一个永恒的主题。飞行器每减少一克的重量都会产生相当大的技术经济效益。2A97铝锂合金是我国自主研发的一种新型Al-Cu-Li系合金，属于第三代铝锂合金，是航空航天领域重要的轻质结构材料。现代航空航天工业对零部件提出轻量化，低成本、大批量的要求，将超塑性技术应用于铝锂合金不仅可以使复杂形状零部件达到整体成型构件的目的，而且可以进一步减轻重量，降低成本，缩短装配时间。但是国内外未见对2A97铝锂合金超塑性板材制备及其超塑性变形行为的研究报道。
现有2A97铝锂合金超塑性板材制备工艺为：合金经520℃，2h固溶处理，400℃，48h过时效后，在400℃预热1h后多道次转向轧制得到2mm左右超塑性板材，或在轧制88%变形量时进行240℃～400℃中间退火后继续轧制至总变形量92%得到2mm左右超塑性板材，最高超塑性伸长率达到850%。但采用这种工艺制备超塑性板材时往往出现以下三个问题：
（1）现有工艺要求轧制道次间的停留时间短，否则板材轧制时很容易开裂，仅适用在实验室小型轧制上制备小规格样品。例如，在工业化装备条件下制备2A97铝锂合金超塑性板材时，在400℃预热1h后，由25mm厚轧制至10mm厚时，轧制至变形量仅为60%时，板材便出现严重开裂，如图1所示，无法继续轧制。这主要是由于大型轧机辊缝调整较慢，长时间停留使样品温降过大所致。
（2）多道次转向轧制的方法难用于大规格板材的制备。试验表明，在轧制过程中不断改变轧制方向的多道次转向轧制是抑制板材轧制开裂的有效方法，但在大规格板材制备时，由于板材本身很重，在辊道上很难将其旋转方向，即使完成转向，往往也由于停留时间过长导致温降大而无法继续轧制。
（3）采用中间退火可解决板材轧制开裂问题，现有工艺中间退火温度需低于300℃时才可以获得超塑性延伸率为350%以上的板材，较低的退火温度增加了板材开裂的倾向性。例如，2A97铝锂合金经400预热1h后由25mm厚轧至3.2mm厚，再经300℃退火30min轧至2mm厚时，板材出现了严重的边部开裂，如图2所示。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种制备铝锂合金超塑性板材的方法。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述制备铝锂合金超塑性板材的方法包括如下步骤：
（1）将2A97铝锂合金板坯于460～540℃固溶0.5～4h，室温水淬冷却；
（2）将固溶后的2A97铝锂合金板坯在400℃保温8～48h，进行过时效处理；
（3）将过时效处理后的2A97铝锂合金板坯轧制至1.0～4.0mm，得到超塑性板材；
步骤（3）所述轧制是将2A97铝锂合金板坯在400℃预热0.5～4h后进行轧制，轧制过程中将2A97铝锂合金板坯于200～400℃条件下进行中间退火1～3次；根据目标板材厚度，得到留有20～30％形变量的2A97铝锂合金板材；待留有20～30％形变量的2A97铝锂合金板材冷却后再次冷轧至1.0～4.0mm；轧制过程控制2A97铝锂合金板材的总变量为70～95％，道次压下量为10～20％。
优选地，所述2A97铝锂合金板坯为经热轧工艺成形的热轧板或经固溶、时效处理后的时效态成品板。
优选地，步骤（3）所述中间退火条件为380～400℃。
优选地，步骤（3）所述轧制过程中将2A97铝锂合金板坯于200～400℃条件下进行中间退火2次；第1次退火是将2A97铝锂合金板坯200～400℃条件下退火，然后轧制；第2次退火是将经第1次退火且轧制后的2A97铝锂合金板坯于380～400℃条件下退火，然后继续轧制。
优选地，步骤（3）所述轧制过程中将2A97铝锂合金板坯于200～400℃条件下进行中间退火3次；第1次退火是将2A97铝锂合金板坯200～400℃条件下退火，然后轧制；第2次退火是将经第1次退火且轧制后的2A97铝锂合金板坯于380～400℃条件下退火，然后轧制；第3次退火是将经第2次退火且轧制后的2A97铝锂合金板坯于380～400℃条件下退火，然后继续轧制。
优选地，所述轧制过程可采取转向轧制，所述转向轧制是将前次轧制时2A97铝锂合金板材的横向做为下次轧制时的轧制方向对2A97铝锂合金板材进行轧制变形。
本发明首次制备出了超塑性能良好的2A97铝锂合金大规格超塑性板材（典型超塑性伸长率为560%～1070%）。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）将中间退火温度提高到380℃～400℃，解决了因工业化装备条件下道次间停留时间长使温降过快而导致板材开裂的难题，如实例2所展示，获得了幅宽900mm的大规格2A97铝锂合金超塑性板材（见图4）。
（2）通过留有20%～30%的变形量由传统的温轧改为冷轧工艺提高了合金的变形储能，克服了因中间退火温度高而储能不够的难题，解决了板材超塑性延伸率偏低的问题，首次制备出了最高超塑性伸长率达到900%的2A97铝锂合金大规格超塑性板材（见图4、图5）。
（3）在制备大规格板材时，不采用转向轧制，通过增加中间退火次数和提高中间退火温度，并辅以室温冷轧成功制备出了超塑性板材，克服了多道次转向轧制难应用于工业化装备生产的难题。
附图说明
图1为现有工艺轧制的2A97铝锂合金超塑性板材图；在工业化装备条件下制备2A97铝锂合金超塑性板材时，在400℃预热1h后，由25mm厚轧制至10mm厚时，轧制至变形量仅为60%时，板材出现严重开裂。
图2为现有工艺轧制的2A97铝锂合金超塑性板材边部开裂图；2A97铝锂合金经400预热1h后由25mm厚轧至3.2mm厚，再经300℃退火30min轧至2mm厚时，板材出现了严重的边部开裂。
图3为实施例1的高温超塑性拉伸样品的宏观照片，初始应变速率为2×10-3s-1，图3（b）～（d）对应的变形温度分别为450℃、470℃、490℃和510℃，伸长率分别为570%、640%、1070%和560%，图3（a）为未变形的原始试样。
图4为实施例2制备出的幅宽900mm的2A97大规格超塑性板材；
图5为实施例2得到的板材高温超塑性拉伸样品的宏观照片，伸长率为900%，初始应变速率为2×10-3s-1、温度为460℃，图5（b）为未变形的原始试样。
具体实施方式
本发明的实施以25mm厚2A97铝锂合金热轧板为原始坯料来说明。
实施例1
所述制备铝锂合金超塑性板材的方法包括如下步骤：
（1）将2A97铝锂合金板坯于520℃固溶4h，室温（15～35℃）水淬冷却；
（2）将固溶后的2A97铝锂合金板坯在400℃保温48h，进行过时效处理；
（3）将过时效后的2A97铝锂合金板坯轧制至1.8mm；
步骤（3）所述轧制是将2A97铝锂合金板坯在400℃预热1h后轧制至厚度为15mm，随后进行工艺为400℃，1h的中间退火后继续轧制至厚度为6.8mm，接着再进行工艺为380～400℃，1h的中间退火后轧制至厚度为2.5mm（此次进行了1次转向轧制，即此次轧制沿中间退火前的横向进行），得到留有20～30％形变量的2A97铝锂合金板材；待板材冷却至室温后继续冷轧至厚度为1.8mm，得到2A97铝锂合金超塑性板材。轧制过程控制总变量为70～95％，道次压下量为10～20％。
对超塑性板材在初始应变速率为2×10-3s-1、温度为450℃、470℃、490℃和510℃的变形条件下进行高温拉伸，超塑性伸长率分别为570%、640%、1070%和560%。拉伸试样的宏观照片如图3所示。
实施例2
所述制备铝锂合金超塑性板材的方法包括如下步骤：
1）将2A97铝锂合金板坯于520℃固溶3h，室温（15～35℃）水淬冷却；
（2）将固溶后的2A97铝锂合金板坯在400℃保温48h，进行过时效处理；
（3）将过时效后的2A97铝锂合金板坯轧制至2.5mm；
步骤（3）所述轧制是将2A97铝锂合金板坯在400℃预热1h后轧制至厚度为17mm，随后进行工艺为400℃，1h的中间退火后继续轧制至厚度为11mm，接着再进行工艺为380～400℃，1h的中间退火后轧制至厚度为6.6mm，接着再进行380～400℃/1h中间退火后继续轧制至3.3mm，得到留有20～30％形变量的2A97铝锂合金板材；待板材冷却至室温后继续冷轧至厚度为2.5mm，在工业化装备条件下制备出幅宽900mm的超塑性板材，如图4所示。轧制过程控制总变量为70～95％，道次压下量为10～20％。
对超塑性板材在初始应变速率为2×10-3s-1、温度为460℃的变形条件下进行超塑性拉伸，伸长率为900%，拉伸后试样的宏观照片如图5所示。

Claims (5)

1.一种制备铝锂合金超塑性板材的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（1）将2A97铝锂合金板坯于460～540℃固溶0.5～4h，室温水淬冷却；
（2）将固溶后的2A97铝锂合金板坯在400℃保温8～48h，进行过时效处理；
（3）将过时效处理后的2A97铝锂合金板坯轧制至1.0～4.0mm，得到超塑性板材；
步骤（3）所述轧制是将2A97铝锂合金板坯在400℃预热0.5～4h后进行轧制，轧制过程中将2A97铝锂合金板坯于200～400℃条件下进行中间退火1～3次，得到留有20～30％形变量的2A97铝锂合金板材；待留有20～30％形变量的2A97铝锂合金板材冷却后再次冷轧至1.0～4.0mm；轧制过程控制2A97铝锂合金板材的总形变量为70～95％，道次压下量为10～20％。
2.如权利要求1所述制备铝锂合金超塑性板材的方法，其特征在于，步骤（1）所述2A97铝锂合金板坯为经热轧工艺成形的热轧板或经固溶、时效处理后的时效态成品板。
3.如权利要求1所述制备铝锂合金超塑性板材的方法，其特征在于，步骤（3）所述中间退火条件为380～400℃。
4.如权利要求1所述制备铝锂合金超塑性板材的方法，其特征在于，步骤（3）所述轧制过程中将2A97铝锂合金板坯于200～400℃条件下进行中间退火2次；第1次退火是将2A97铝锂合金板坯200～400℃条件下退火，然后轧制；第2次退火是将经第1次退火且轧制后的2A97铝锂合金板坯于380～400℃条件下退火，然后继续轧制。
5.如权利要求1所述制备铝锂合金超塑性板材的方法，其特征在于，步骤（3）所述轧制过程中将2A97铝锂合金板坯于200～400℃条件下进行中间退火3次；第1次退火是将2A97铝锂合金板坯200～400℃条件下退火，然后轧制；第2次退火是将经第1次退火且轧制后的2A97铝锂合金板坯于380～400℃条件下退火，然后轧制；第3次退火是将经第2次退火且轧制后的2A97铝锂合金板坯于380～400℃条件下退火，然后继续轧制。
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