CN104018033B - 一种添加锡锌锰的铝锂合金材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种添加锡锌锰的铝锂合金材料及其生产方法。本发明铝锂合金材料由如下重量百分比的组分组成:锡锌锰合金颗粒:1.5‑2.5wt%,锂:1.5‑2.5wt%,铜:1‑2wt%,镁:0.05‑0.2wt%,余量:铝。本发明的铝锂合金材料,通过采用廉价的锡、锌、锰三元素取代价格昂贵的银元素,从而降低合金材料的成本。通过以相互共晶的锡﹑锌﹑锰三元素材料制成的颗粒粉末弥散在锂与铝的合金当中,提高了合金材料的强度及焊接性能。优选地改进生产工艺,利用真空熔炼工艺,有效除氢钠钾等杂质能力的同时减少熔体中锂、镁等易挥发的合金元素大量烧损,避免材料产生成份偏差。本发明的铝锂合金材料可广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝锂合金材料及其生产方法,特别是涉及一种添加锡锌锰的铝锂合金材料及其生产方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对高强度铝合金焊接结构件的需求日益增多。
由于铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。
作为铝合金的新的研究方向——铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能和耐腐蚀性以及良好的超塑性等优点。用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10%~15%,刚度提高15%~20%,是一种理想的航空航天结构材料。由于航天结构件间往往采用连接体的形式,用焊接工艺代替传统的铆接结构可以减轻结构质量,减少装配时间,因此,对铝锂合金的可焊接性提出了更高的要求。
美国的Reynolds金属公司和Martin Maritta公司合作,开发Weldlite系列铝锂合金。该系列合金具有高强可焊的特点,抗拉强度最高可达700MPa;在多种焊接工艺下均可形成致密的焊缝,其焊缝强度和韧性都明显高于其他传统铝合金。Weldalite合金包括WeldaliteTM049和210两个合金系列,其中WeldaliteTM049合金具有较高的焊接性,其化学成分及相关性能均符合航空航天结构材料的应用,其化学成分及相关性能均符合航空航天结构材料的应用,但是由于其是通过添加银(Ag)来提高材料的焊接性能,因此也提高了铝锂合金的相应成本。
综上,目前需要一种不仅成本较低,而且能够保证合金相关强度及焊接性的铝锂合金材料。
发明内容
本发明的目的在于,通过改进合金成分设计并根据合金的特点优化生产工艺,提供一种提高了现有技术中铝锂合金的强度、可焊接性、降低各向形并且大幅降低材料成本的铝锂合金材料及其生产方法。
为实现上述发明目的,本发明所提供的技术方案是:
一种添加锡锌锰的铝锂合金材料,由如下重量百分比的组分组成:锡锌锰合金颗粒:1.5-2.5wt%,锂:1.5-2.5wt%,铜:1-2wt%,镁:0.05-0.2wt%,余量:铝。
优选地,一种添加锡锌锰的铝锂合金材料,由如下重量百分比的组分组成:锡锌锰合金颗粒:2.0wt%,锂:2.0wt%,铜:1.5wt%,镁:0.75wt%,余量:铝。
本发明的一种添加锡锌锰的铝锂合金材料的生产方法,具有以下步骤:
1)将各金属原料按所述比例在封闭并冲有惰性气体的熔炼炉中混匀,升高所述熔炼炉的温度,在300-310℃下熔炼,熔炼时间为2-3小时;
2)采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体,确定其成分在范围之内;
3)将合金液体保温至700℃之后置于真空熔炼炉中再次熔炼,在700℃温度、500-2000Pa真空度的条件下,真空熔炼20分钟;
4)检测氢含量至小于等于质量分数1×10-7;
5)采用连续铸造的方式生产毛坯圆锭;
6)时效处理,环境温度为200-220℃,时效退火时间为1.5小时;
7)将所述完成的合金材料拉制成形。
进一步地,其特征在于:其中用于熔炼的所述锡、锌、锰合金颗粒,体积比为8:1:1,颗粒粒径大于等于200μm,小于等于600μm。
进一步地,其中,将所述退火完成的合金材料拉制成成品。
本发明还提供了上述铝锂合金材料在制备航天航空结构材料中的用途。
采用上述技术方案,本发明的有益效果有:
1、本发明提供了一种铝锂合金材料及其制造方法,同时满足了对多用途材料的低密度、高比强度和比刚度、低温性能和耐腐蚀性、超塑性、高强度、可焊接性、低各异性和低成本的多种需要。
2、本发明的铝锂合金材料,通过采用廉价的锡、锌、锰三元素取代价格昂贵的银元素,从而降低合金材料的成本。通过生产工艺的改进,以挤压取代多次热处理或锻打的方式实现了材料质量的整体减小。
3、本发明通过以相互共晶的锡﹑锌﹑锰三元素材料制成的颗粒粉末弥散在锂与铝的合金当中,提高了合金材料的强度及焊接性能。
4、本发明通过改进真空熔炼工艺的制备方法,有效防止铝锂合金熔体吸氢,清除氢钠钾等杂质的同时减少熔体中锂、镁等易挥发的合金元素大量烧损,避免材料产生成份偏差,并且改进了熔炼的温度和时间。
5、本材料由于较低的密度及较高的强度,是一种理想的结构材料,可广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面,比如飞机内部的连接架,高速动车车厢内部的连接杆等。
具体实施方式
实施例1本发明铝锂合金材料的制备
配料熔炼:将各金属按重量比为锡锌锰合金颗粒:1.5wt%,锂:2.5wt%,铜:1.5wt%,镁:0.05wt%,余量:铝在封闭冲有惰性气体的熔炼炉中混匀,升高所述熔炼炉的温度,在300℃下熔炼,熔炼时间为3小时。
检测:采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体,确定其成分在范围之内。
真空熔炼:将合金液体保温至700℃之后置于真空熔炼炉中再次熔炼,在700℃温度、500Pa真空度的条件下,真空熔炼20分钟。
吸氢量检测:通过容量法、重量法等化学方法检测合金吸氢量至小于等于质量分数1×10-7。
铸造冷开坯:采用连续铸造方式,采用计算机控制交流电机,实现微引程反推工艺,生产出大卷重带坯,经过双面铣削铣面机组铣去带坯表皮缺陷,经过冷轧机,切割成该毛坯圆锭。
挤压成型:在挤压筒中对锭坯使之从模孔中流出。
时效处理:采用人工时效处理,环境温度为200℃,消除内应力,时效退火时间为1.5小时。
洗刷矫直:通过酸洗洗刷工序,除去表面残留和氧化物,通过矫直工序,消除内应力,将合金材料拉制成成品。
将按照本发明实施例制备的铝锂合金材料与等体积的Weldalite049对比,在20℃挤压材料T6状态下,各性能参数如表1所示:
表 1
实施例2本发明铝锂合金材料的制备
配料熔炼:将各金属按重量比为锡锌锰合金颗粒:2.5wt%,锂:1.5wt%,铜:1.0wt%,镁:0.75wt%,余量:铝在封闭冲有惰性气体的熔炼炉中混匀,升高所述熔炼炉的温度,在310℃下熔炼,熔炼时间为2小时。
检测:采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体,确定其成分在范围之内。
真空熔炼:将合金液体保温至700℃之后置于真空熔炼炉中再次熔炼,在700℃温度、1000Pa真空度的条件下,真空熔炼20分钟。
吸氢量检测:通过容量法、重量法等化学方法检测合金吸氢量至小于等于质量分数1×10-7。
铸造冷开坯:采用连续铸造方式,采用计算机控制交流电机,实现微引程反推工艺,生产出大卷重带坯,经过双面铣削铣面机组铣去带坯表皮缺陷,经过冷轧机,切割成该毛坯圆锭。
挤压成型:在挤压筒中对锭坯使之从模孔中流出。
时效处理:采用人工时效处理,环境温度为220℃,消除内应力,时效退火时间为1.5小时。
洗刷矫直:通过酸洗洗刷工序,除去表面残留和氧化物,通过矫直工序,消除内应力,将合金材料拉制成成品。
将按照本发明实施例制备的铝锂合金材料与等体积的Weldalite049对比,在20℃挤压材料T6状态下,各性能参数如表2所示:
表 2
实施例3本发明铝锂合金材料的制备
配料熔炼:将各金属按重量比为锡锌锰合金颗粒:2.0wt%,锂:2.0wt%,铜:2.0wt%,镁:0.2wt%,余量:铝在封闭冲有惰性气体的熔炼炉中混匀,升高所述熔炼炉的温度,在310℃下熔炼,熔炼时间为3小时。
检测:采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体,确定其成分在范围之内。
真空熔炼:将合金液体保温至700℃之后置于真空熔炼炉中再次熔炼,在700℃温度、2000Pa真空度的条件下,真空熔炼20分钟。
吸氢量检测:通过容量法、重量法等化学方法检测合金吸氢量至小于等于质量分数1×10-7。
铸造冷开坯:采用连续铸造方式,采用计算机控制交流电机,实现微引程反推工艺,生产出大卷重带坯,经过双面铣削铣面机组铣去带坯表皮缺陷,经过冷轧机,切割成该毛坯圆锭。
挤压成型:在挤压筒中对锭坯使之从模孔中流出。
时效处理:采用人工时效处理,环境温度为220℃,消除内应力,时效退火时间为1.5小时。
洗刷矫直:通过酸洗洗刷工序,除去表面残留和氧化物,通过矫直工序,消除内应力,将合金材料拉制成成品。
将按照本发明实施例制备的铝锂合金材料与等体积的Weldalite049对比,在20℃挤压材料T6状态下,各性能参数如表3所示:
表 3
记录上述不同实施例中,在不同真空度下真空熔炼时合金中氢含量低于1×10-7的时间,以及材料烧损率,如表4所示。
表 4
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种添加锡锌锰的铝锂合金材料的生产方法,其特征在于,具有以下步骤:
1)将金属原料锡锌锰合金颗粒、锂、铜、镁和铝按一定的重量百分比在封闭并充有惰性气体的熔炼炉中混匀,升高所述熔炼炉的温度,在300-310℃下熔炼,熔炼时间为2-3小时;
2)采用光谱分析法检测熔炼完成的合金液体,确定其成分在范围之内;
3)将合金液体保温至700℃之后置于真空熔炼炉中再次熔炼,在700℃温度、500-2000Pa真空度的条件下,真空熔炼20分钟;
4)检测氢含量至小于等于质量分数1×10-7;
5)采用连续铸造的方式生产毛坯圆锭;
6)时效处理,环境温度为200-220℃,时效退火时间为1.5小时;
7)将所述完成的合金材料拉制成形;
其中,步骤1)中各金属原料的重量百分比为:锡锌锰合金颗粒:1.5-2.5wt%,锂:1.5-2.5wt%,铜:1-2wt%,镁:0.05-0.2wt%,余量为铝。
2.根据权利要求1所述的添加锡锌锰的铝锂合金材料的生产方法,其特征在于,步骤1)中各金属原料的重量百分比为:锡锌锰合金颗粒:1.5wt%,锂:2.5wt%,铜:1.5wt%,镁:0.05wt%,余量为铝。
3.根据权利要求1所述的添加锡锌锰的铝锂合金材料的生产方法,其特征在于:其中用于熔炼的所述锡、锌、锰合金颗粒,体积比为8:1:1,颗粒粒径大于等于200μm,小于等于600μm。
4.根据权利要求1所述的添加锡锌锰的铝锂合金材料的生产方法,其特征在于:
其中,将所述退火完成的合金材料拉制成成品。
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