CN106591632A - 一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝锂合金热处理技术，具体为一种可改善铝锂合金综合性能的热处理工艺。该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 0.5～5.0％，Li 0.4～2.3％，Mg 0.1～5.0％,Zn 0～8.0％，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag 0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。将铝锂合金固溶淬火后，在‑80℃～190℃进行0.5～5h的深冷处理，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生预时效的效果，然后进行单级或多级时效工艺来调控合金最终的析出相，使晶内的析出相均匀细小，晶界的析出相断续分布，从而提高合金的综合性能。其制备步骤为：固溶淬火；深冷处理；时效处理。本发明适用于航空、航天、兵器领域所用的铝锂合金厚板、锻件及挤压材。

Description

一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺
技术领域
本发明属于铝锂合金热处理技术，具体为一种可改善铝锂合金综合性能的热处理工艺。
背景技术
为了满足航空、航天领域低成本、长寿命、高可靠的需求，采取高比强、高比模、优良断裂韧度等具有高综合性能的材料，并结合大规格材料进行整体制造的方式已经成为当前的主要趋势。因此，具有优良综合性能，可实现明显结构减重效果的第三代铝锂合金(Al-Cu-Li-X系)成为关注的重点。随着规格增大，如何保证合金优良的综合性能并降低材料内部的残余应力成为研究的重点。Al-Cu-Li-X系合金中析出相种类很多，如δ′、θ′、δ′、T1相等，这些析出相直接影响了合金的综合性能，为了调控合金中的析出相，ZL201318001176.5公开了一种提高Al-Cu-Li-X系铝锂合金综合性能的热处理工艺，该方法主要是通过多及时效工艺调控析出相的分布，从而提高合金的综合性能。此外，深冷处理结合上坡淬火还可以降低铝合金中的残余应力(CN103628007A)。
发明内容
本发明的目的是：提出一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，通过该方法，可使铝锂合金厚板、锻件及挤压材的综合性能获得较大提升，同时降低合金中的残余应力。
本发明的技术方案是：一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 0.5～5.0％，Li 0.4～2.3％，Mg 0.1～5.0％,Zn 0～8.0％，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
将铝锂合金固溶淬火后，在-80℃～190℃进行0.5～5h的深冷处理，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生预时效的效果，然后进行单级或多级时效工艺来消除合金中的残余应力并控制最终的析出相，使晶内的析出相均匀细小，晶界的析出相断续分布，从而提高合金的综合性能。其制备步骤为：
1.1、固溶处理：在空气炉或盐浴炉中进行固溶处理，加热温度470℃～535℃，保温时间为最大截面厚度(t)mm×(3.0～10.0)min/mm。然后将合金进行室温水淬火；
1.2、深冷处理：将淬火后的合金在环境箱中进行深冷处理，冷却温度-80℃～-190℃，保温时间0.5～5h；
1.3、时效处理：将深冷处理后的合金立刻进行单级或多级人工时效处理：
1.3.1时效时采取到温入炉的方式，通过温差变化产生的应力消除合金中的残余应力；
1.3.2单级时效工艺为120℃～173℃/8～36h；
1.3.3多级时效工艺为：90℃～135℃/10h～28h+140℃～165℃/6～16h，一级和二级时效之间采取连续随炉升温。
本发明的优点是：本发明将铝锂合金固溶淬火后，在-80℃～190℃进行0.5～5h的深冷处理，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生预时效的效果，然后进行单级或多级时效工艺来消除合金中的残余应力并控制最终的析出相，使晶内的析出相均匀细小，晶界的析出相断续分布，从而提高合金的综合性能。本发明的热处理工艺省略了传统热处理过程中的预拉伸过程，在提高效率、节省能源的同时可以获得更加优良的综合性能，同时还可以消除合金中的残余应力。本发明方法工艺简单，可采取干冰、液氮等介质直接冷却，工艺简单可行，工业化可实施性强。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例一
采用本发明所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法，所对应的合金成分及重量百分比为：Cu 4.0％，Li 1.52％，Mg 0.38％，Zn 0.42％，Mn 0.38％，Zr 0.09％，Ti 0.06％，Si 0.06％，Fe 0.08％，余量为Al，厚度为50mm的热轧板材进行固溶处理，温度535℃，保温时间5h，室温水喷淋淬火。将淬火后的板材放入液氮中冷却至-180℃，保温2h；取出后立刻放入125℃时效炉内进行加热，转移时间不超过5min，到温后保温20h，随炉升温至145℃，保温12h后取出空冷至室温，测量板材的拉伸、断裂性能以及晶间、剥落一级抗应力腐蚀性能(C环)、微观组织并于未经深冷处理的板材相比，结果如表1。
可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度以及耐腐蚀性能获得显著提高，综合性能显著提升，晶内析出相均匀弥散。
表1本发明的方法处理前后性能比较
实施例二
采用本发明所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法，对合金成分及重量百分比为：Cu 3.58％，Li 1.38％，Mg 0.41％，Ag 0.50％，Zn 0.20％，Mn 0.38％，Zr 0.08％，Ti0.08％，Si 0.03％，Fe 0.03％，余量为Al，厚度为80mm的自由锻件进行固溶处理，温度538℃，保温时间6h，室温水淬火。淬火后锻件放入液氮中冷却至-160℃，保温4h，然后迅速放入150℃的空气炉内进行人工时效处理，转移时间不超过5min，到温后保温23h后取出空冷至室温，测量锻件的性能并与未经深冷处理的锻件进行比较，如表2所示。
可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度以及耐腐蚀性能获得显著提高。
表2本发明的方法处理前后性能比较
实施例三
采用本发明所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法对合金成分及重量百分比为：Zn 7.52％，Mg 1.63％，Cu 1.32％，Li 0.15％，Zr 0.11％，Ti 0.06％，Sc 0.11％，Si0.03％，Fe 0.06％，余量为Al，厚度为140mm的自由锻件进行固溶处理，加热温度482℃，保温时间420min，室温水淬火后放入液氮中冷却至-110℃，保温3.5h，然后迅速转移至135℃的空气炉内进行加热，转移时间不超过5min，到温后保温16h，随炉升温至155℃保温6h，然后取出空冷至室温。测量锻件的拉伸、断裂、腐蚀性能，并与未经深冷处理锻件的性能进行比较，如表3。
可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度及耐腐蚀性能获得显著提高。
表3本发明的方法处理前后性能比较

Claims (1)

1.一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 0.5～5.0％，Li 0.4～2.3％，Mg 0.1～5.0％,Zn 0～8.0％，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag 0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，其特征在于，制备步骤为：
1.1、固溶处理：在空气炉或盐浴炉中进行固溶处理，加热温度470℃～535℃，保温时间为最大截面厚度tmm×3.0～10.0min/mm，然后将合金进行室温水淬火；
1.2、深冷处理：将淬火后的合金在环境箱中进行深冷处理，冷却温度-80℃～-190℃，保温时间0.5～5h；
1.3、时效处理：将深冷处理后的合金立刻进行单级或双级人工时效处理：
1.3.1时效时采取到温入炉的方式，通过温差变化产生的应力消除合金中的残余应力；
1.3.2单级时效工艺为120℃～173℃/8～36h；
1.3.3双级时效工艺为：90℃～135℃/10h～28h+140℃～165℃/6～16h，一级和二级时效之间采取连续随炉升温。
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