CN107779705B - 一种铝锂合金及轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料工程领域，涉及一种铝锂合金材料及其轧制方法。其合金成分的质量分数为Cu：3％～4.2％；Mg 0.2％～1.4％；Li：0.6％～1.5％；Ag：0～1％；Zr：0.06％～0.15％；Mn：0.2％～0.6％；Zn：0～0.8％；Si≤0.08％；Fe≤0.10％；其它杂质单个≤0.05％；其它杂质总量≤0.15％，余量为Al。轧制的步骤如下：均匀化处理；轧制。本发明提出了一种铝锂合金材料及轧制方法，能避免临界饱和合金元素会产生大量晶界沉淀相，造成大量原始晶界残留，提高了高向延伸率，满足了制造40mm以上大厚规格制件的要求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料工程领域，涉及一种铝锂合金材料及其轧制方法。
背景技术
铝锂合金由于锂元素的加入，获得了低密度、高模量特性，在航空航天、核工业、交通运输、体育用品、兵器等领域具有广阔的应用前景。近年来，随着铝冶金装备技术及冶金学基础技术水平的提高，铝合金的发展趋势为高纯净、高性能及高合金化，已经出现了通过熔铸技术制造的600MPa级及通过粉末冶金技术制造800MPa级的铝合金。500MPa级铝锂合金已经在先进战机，大型客机及宇航运载装备上成熟应用。目前的铝锂合金中合金元素的加入量接近或超过铝固溶体的高温临界饱和固溶度。临界饱和合金元素会产生大量晶界沉淀相，这些相在塑性成型过程中具有“钉扎”作用，从而出现大量原始晶界残留，导致高向延伸率较低，不适于制造40mm以上大厚规格制件。
发明内容
本发明的目的是：提出一种铝锂合金材料及轧制方法，以便避免临界饱和合金元素会产生大量晶界沉淀相，造成大量原始晶界残留，提高高向延伸率，满足制造40mm以上大厚规格制件的要求。
本发明的技术方案是：一种铝锂合金，其特征在于：其合金成分的质量分数为Cu：3％～4.2％；Mg 0.2％～1.4％；Li：0.6％～1.5％；Ag：0～1％；Zr：0.06％～0.15％；Mn：0.2％～0.6％；Zn：0～0.8％；Si≤0.08％；Fe≤0.10％；其它杂质单个≤0.05％；其它杂质总量≤0.15％，余量为Al。
如上面所述的铝锂合金的轧制方法，其特征在于，轧制的步骤如下：
1、均匀化处理：将毛坯加热到420℃～430℃，保温时间为2h～8h；继续升温到480℃～500℃，保温时间36小时以上；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
2、轧制：采用“高温-低温交替轧制”方法进行轧制，分三步进行：
2.1、铸锭轧制开坯，开轧温度不低于380℃，轧制变形量不低于35％；
2.2、低温轧制：开轧温度不高于330℃，轧制变形量不低于20％；
2.3、高温轧制，开轧温度不低于380℃，轧制变形量不低于40％。
本发明的优点是：提出了一种铝锂合金材料及轧制方法，能避免临界饱和合金元素会产生大量晶界沉淀相，造成大量原始晶界残留，提高了高向延伸率，满足了制造40mm以上大厚规格制件的要求。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种铝锂合金，其特征在于：其合金成分的质量分数为Cu：3％～4.2％；Mg 0.2％～1.4％；Li：0.6％～1.5％；Ag：0～1％；Zr：0.06％～0.15％；Mn：0.2％～0.6％；Zn：0～0.8％；Si≤0.08％；Fe≤0.10％；其它杂质单个≤0.05％；其它杂质总量≤0.15％，余量为Al。
如上面所述的铝锂合金的轧制方法，其特征在于，轧制的步骤如下：
1、均匀化处理：将毛坯加热到420℃～430℃，保温时间为2h～8h；继续升温到480℃～500℃，保温时间36小时以上；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
2、轧制：采用“高温-低温交替轧制”方法进行轧制，分三步进行：
2.1、铸锭轧制开坯，开轧温度不低于380℃，轧制变形量不低于35％；
2.2、低温轧制：开轧温度不高于330℃，轧制变形量不低于20％；
2.3、高温轧制，开轧温度不低于380℃，轧制变形量不低于40％。
本发明是一种合金元素接近临界饱和固溶度的铝锂合金，适当调整Cu/Li比，兼顾材料高强韧性及低密度，合理应用Mg元素，改善合金的强韧匹配及耐剥落腐蚀性能。
本发明在材料制备技术方面的特点是采用了一种“高温-低温交替轧制”的工艺方法，解决了合金成分近临界饱和固溶度的铝锂合金热变形原始晶界残留问题，提高了高向塑性，实现了大厚规格超高强铝(锂)合金材料的制备技术突破。第一步采用高温轧制，利用合金铸锭在高温下的工艺塑性，保证材料顺利轧制变形，初步形成变形组织，提高材料较低温度下的成形性能，从而保证第二步低温轧制的顺利实施；第二步采用较低温度轧制，轧制过程中晶粒充分破碎，主要以动态回复为主消除加工硬化，形成较强位错，并获得较高晶间储能；第三步采用高温轧制，在毛坯加热过程中第二步成形获得的较高晶间储能将促进再结晶，从而消除原始晶界；而位错的“钉扎”作用将抑制再结晶晶粒的长大，从而获得较细晶粒；随后的高温热变形可以形成具有高强韧化特性的亚晶织构。
本发明通过高合金化，提高材料强度及韧度综合水平。在制备工艺上，通过“高温-低温交替轧制”工艺消除了大量原始晶界，获得较细晶粒及亚晶组织织构，全面提升材料强度、韧度及高向塑性。本发明在合金化及制备工艺技术上采用创新方法，大幅提高材料强度及韧度水平，具有显著的进步。
实施例1
合金成分：4.0％Cu，0.8％Mg,1.2％Li，0.4％Ag,0.10％Zr,0.4％Mn，0.4％Zn，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
均匀化处理：将毛坯加热到420℃，保温时间为2h；继续升温到480℃，保温时间38小时；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
铸锭轧制开坯：开轧温度380℃，轧制变形量35％；
低温轧制：开轧温度330℃，轧制变形量20％；
高温轧制：开轧温度380℃，轧制变形量不低于45％。
实施例2
合金成分：4.0％Cu，0.4％Mg,1.2％Li，0.4％Ag,0.10％Zr,0.4％Mn，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
均匀化处理：将毛坯加热到420℃，保温时间为4h；继续升温到490℃，保温时间38小时；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
铸锭轧制开坯：开轧温度400℃，轧制变形量38％；
低温轧制：开轧温度300℃，轧制变形量19％；
高温轧制：开轧温度400℃，轧制变形量不低于52％。
实施例3
合金成分：3.2％Cu，1.2％Mg,1.0％Li，0.4％Ag,0.10％Zr,0.4％Mn，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
均匀化处理：将毛坯加热到430℃，保温时间为6h；继续升温到500℃，保温时间38小时；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
铸锭轧制开坯：开轧温度420℃，轧制变形量45％；
低温轧制：开轧温度270℃，轧制变形量25％；
高温轧制：开轧温度420℃，轧制变形量不低于50％。
实施例4
合金成分：3.6％Cu，1.0％Mg,1.0％Li，0.4％Ag,0.10％Zr,0.4％Mn，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
均匀化处理：将毛坯加热到420℃，保温时间为8h；继续升温到500℃，保温时间38小时；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
铸锭轧制开坯：开轧温度440℃，轧制变形量32％；
低温轧制：开轧温度250℃，轧制变形量24％；
高温轧制：开轧温度440℃，轧制变形量不低于50％。
实施例5
合金成分：3.7％Cu，0.8％Mg,1.1％Li，0.4％Ag,0.10％Zr,0.4％Mn，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
均匀化处理：将毛坯加热到420℃，保温时间为8h；继续升温到500℃，保温时间38小时；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
铸锭轧制开坯：开轧温度380℃，轧制变形量51％；
低温轧制：开轧温度280℃，轧制变形量20％；
高温轧制：开轧温度380℃，轧制变形量不低于40％。
将5个实施例制成的铝锂合金45mm厚平板热处理。热处理实施工艺参数为：500℃/2h,水淬；2.0％冷压缩；120℃/6h+160℃/10h。
按发明工艺与传统工艺制成的材料性能对比结果见表1。
表1铝锂合金材料性能结果
Claims (1)
1.一种铝锂合金的轧制方法，所述的铝锂合金的质量分数为Cu：3％～4.2％；Mg 0.2％～1.4％；Li：0.6％～1.5％；Ag：0～1％；Zr：0.06％～0.15％；Mn：0.2％～0.6％；Zn：0～0.8％；Si≤0.08％；Fe≤0.10％；其它杂质单个≤0.05％；其它杂质总量≤0.15％，余量为Al；其特征在于，轧制的步骤如下：
1.1、均匀化处理：将毛坯加热到420℃～430℃，保温时间为2h～8h；继续升温到480℃～500℃，保温时间36小时以上；随炉冷却到200℃，空冷到室温；
1.2、轧制：采用“高温-低温交替轧制”方法进行轧制，分三步进行：
1.2.1、铸锭轧制开坯，开轧温度不低于380℃，轧制变形量不低于35％；
1.2.2、低温轧制：开轧温度不高于330℃，轧制变形量不低于20％；
1.2.3、高温轧制，开轧温度不低于380℃，轧制变形量不低于40％。
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