CN106591650A - 一种改善铝锂合金抗应力腐蚀性能的方法 - Google Patents

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抗应力腐蚀性能的热处理工艺。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 0.4～2.5％，Mg 0.1～4.0,Zn 0.1～4.0，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Sc 0.05～0.60％，Mn 0.20～0.80％，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。将变形产品进行退火处理后，进行一定变形量的冷变形，然后再进行固溶淬火，通过该方式可以实现再结晶程度以及晶界析出相的调控，使合金保持其他力学性能不变的同时，提高合金的抗应力腐蚀性能。其制备步骤为：退火处理；冷变形处理；固溶处理、时效处理。本工艺适用于航空、航天、兵器领域所用的高性能Al‑Cu‑Li‑X系铝锂合金厚板及锻件。

Description

一种改善铝锂合金抗应力腐蚀性能的方法

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抗应力腐蚀性能的热处理工艺。

背景技术

铝锂合金由于具有较低的密度、较高的比强度和比刚度获得了航空航天领域的关注。目前获得广泛应用的有Al-Mg-Li-X系以及Al-Cu-Li-X系铝锂合金。厚板以及锻件是这两类铝锂合金的主要应用方式。由于合金的再结晶温度较高，在热加工过程以及后续的固溶过程中合金很难发生再结晶，晶粒多为典型的条带状变形组织形貌，晶界平直。在随后的时效过程中，析出相率先在晶界析出，形成连续的板片或颗粒状析出带，这些晶界析出物在腐蚀过程中作为阳极相率先溶解，在腐蚀环境以及拉应力作用下，合金易沿晶界开裂，大大降低了合金的抗应力腐蚀性能，影响了合金的应用范围。

发明内容

本发明的目的是：提出一种改善铝锂合金抗应力腐蚀性能的方法，通过该方法，可使铝锂合金变形产品的抗应力腐蚀性能获得较大提高。

本发明的技术方案是：一种改善铝锂合金变形产品抗应力腐蚀性能的方法，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 0.4～2.5％，Mg 0.1～4.0,Zn 0.1～4.0，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Sc 0.05～0.60％，Mn 0.20～0.80％，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。该工艺适用的铝锂合金变形产品为热轧厚板及锻件。

其主要步骤为：

1.1、退火处理：在空气炉中随炉加热，退火温度250℃～510℃，保温时间1～48h。随后，随炉缓冷，冷却速度15～55℃/h，冷却至260～100℃后取出空冷。

1.2、冷变形处理：将退火处理后的变形产品通过冷轧或冷压进行总量为10～45％的冷变形；

1.3、固溶处理：将冷变形后的产品加热到480～535℃，按照产品最大截面厚度t(mm)确定保温时间，总保温时间为t×(4.5～6.0)(min)，然后将产品放入室温水中进行淬火。

1.4、时效处理：将固溶处理后的产品进行单级或双级时效处理。

1.4.1单级时效处理工艺：110℃～175℃温度下保温10～36h，然后取出空冷；

1.4.2双级时效工艺：90℃～135℃温度下保温6～20h，然后随炉升温至140℃～165℃，保温8～20h，然后取出空冷。

本发明的优点是：本发明针对导致铝锂合金应力腐蚀抗力降低的两个关键因素：平直晶界及连续的晶界析出相，通过退火在晶界形成无析出带+粗大断续析出相，通过冷变形引入变形储能，在后续的固溶时效处理时形成再结晶晶粒并抑制晶界形成连续的析出相，从而改善合金的抗应力腐蚀性能。因此，通过退火程度以及冷变形程度的调整可以实现耐蚀性能的调控，大幅度提高铝锂合金变形产品的抗应力腐蚀性能，同时不降低其他性能。另外，本发明是在铝锂合金变形产品(热轧厚板、锻件)制备过程中引入退火和冷变形，工艺简单可行，工艺窗口较大，工业化可实施性强。

具体实施方式

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变形产品抗应力腐蚀性能的方法，对合金成分及重量百分比为：Cu 3.85％，Li 1.52％，Mg 0.43％，Zn 0.50％，Mn 0.42％，Zr 0.11％，Sc0.08％，Ti 0.06％，Si 0.06％，Fe 0.08％，余量为Al，厚度为80mm的热轧板材进行退火处理，退火温度465℃，保温时间4h，以35℃/h的冷速随炉冷却至240℃，出炉空冷。冷却至室温后，在轧机上进行总变形量为25％的冷轧处理，最终厚度60mm，然后将板材在520℃下进行固溶处理，保温时间270min，室温水喷淋淬火。淬火后板材进行4.0％的预拉伸，并在150℃下进行28h的人工时效处理，测量板材的拉伸、断裂性能以及应力腐蚀性能(C环)，并与经过相同的固溶、预拉伸及时效处理后的60mm热轧板材的性能进行比较，如表1所示。

可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度基本相当，抗应力腐蚀性能获得显著提高。

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变形产品抗应力腐蚀性能的方法，从合金成分及重量百分比为：Mg 4.25％，Li 2.20％，Mn 0.21％，Zr 0.11％，Sc 0.08％，Ti 0.06％，Si0.07％，Fe 0.08％，余量为Al，厚度为50mm的自由锻件上取1m长一段进行退火处理，退火温度380℃，保温时间3h，以25℃/h的冷速随炉冷却至260℃，出炉空冷。冷却至室温后，在锻压机进行总变形量为18％的冷压处理，然后将自由锻件在500℃下进行固溶处理，保温时间160min，室温水淬火。淬火后锻件进行1.5％的冷压缩，然后在120℃下进行30h的人工时效处理，测量锻件的拉伸、断裂性能以及应力腐蚀性能(C环)，并与经过相同的固溶、预拉伸及时效处理后的50mm自由锻件剩余部分性能进行比较，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、断裂韧度基本相当，抗应力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变形产品抗应力腐蚀性能的方法对合金成分及重量百分比为：Cu 3.60％，Li 1.10％，Mg 0.40％，Zn 0.20％，Mn 0.35％，Zr 0.11％，Ag0.45％，Ti 0.06％，Si 0.06％，Fe 0.08％，余量为Al，厚度为120mm的热轧板材进行退火处理，退火温度480℃，保温时间6h，以40℃/h的冷速随炉冷却至220℃，出炉空冷。冷却至室温后，在轧机上进行总变形量为20％的冷轧处理，然后将板材在530℃下进行固溶处理，保温时间430min，室温水喷淋淬火。淬火后板材进行4.3％的预拉伸，并在150℃下进行20h的人工时效处理，测量板材的拉伸、断裂性能以及应力腐蚀性能(C环)，并与经过相同的固溶、预拉伸及时效处理后的120mm热轧板材的性能进行比较，如表3所示。

可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度基本相当，抗应力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变形产品抗应力腐蚀性能的方法，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 0.4～2.5％，Mg 0.1～4.0,Zn 0.1～4.0，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Sc 0.05～0.60％，Mn 0.20～0.80％，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，该工艺适用的铝锂合金变形产品为热轧厚板及锻件，其特征在于，工艺步骤为：

1.1、退火处理：在空气炉中随炉加热，退火温度250℃～510℃，保温时间1～48h，随后，随炉冷却，冷却速度15～55℃/h，冷却至260～100℃后取出空冷；

1.2、冷变形处理：将退火处理后的变形产品通过冷轧或冷压进行总量为10～45％的冷变形；

1.3、固溶处理：将冷变形后的产品加热到480～535℃，按照产品最大截面厚度tmm确定保温时间，总保温时间为t×4.5～6.0min，然后将产品放入室温水中进行淬火；

1.4、时效处理：将固溶处理后的产品进行单级或双级时效处理；

1.4.1单级时效处理工艺：110℃～175℃温度下保温10～36h，然后取出空冷；

1.4.2双级时效工艺：90℃～135℃温度下保温6～20h，然后随炉升温至140℃～165℃，保温8～20h，然后取出空冷。