CN108330360B - 一种高Zn含量的高强韧性挤压变形铝锂合金及其制备方法 - Google Patents

一种高Zn含量的高强韧性挤压变形铝锂合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强韧性挤压变形铝锂合金及其制备方法，所述合金包括以下重量百分比含量的各组分：Zn 4.1‑5.5％、Cu 2‑4.5％、Mg 2‑3％、Li 1‑2％、Zr 0.1‑0.5％，杂质元素总含量小于0.25％，以及余量的Al。通过熔炼铸造、挤压变形制备出一种较高Zn含量的挤压变形铝锂合金。经变形加时效处理后，高Zn合金中除了析出大量T1(Al2CuLi)相外，还析出了S′(Al2CuMg)相和η′(MgZn2)相，有效改善了合金的强韧性。本发明制得的铝锂合金不但力学性能优异，同时合金成本低廉，在航空航天、高铁和机器人等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种高Zn含量的高强韧性挤压变形铝锂合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及冶金领域。具体包含一种高Zn含量高强高韧的变形铝锂合金及其制备方法，通过热处理和成分优化，开发出一种新型高强韧性铝锂合金。
背景技术
铝锂合金是一类具有低密度、高弹性模量、高强度的铝合金。研究表明，1％质量分数的锂能降低合金密度3％，弹性模量提高6％。而且，相比复合材料，铝锂合金还具有明显的价格优势，因此，铝锂合金被视为航空航天工业中最具潜力的轻质金属材料。中国最新试飞成功的国产C919大飞机也使用了大量的铝锂合金。
从上世纪20年代第一代铝锂合金被开发出以来至今，铝锂合金目前已经发展至第三代。相较于第一二代，第三代铝锂合金具有更为优良的综合力学性能，良好的焊接性和低的各向异性。第三代铝锂合金属于Al-Cu-Li系合金，合金中添加的微合金化元素主要有Mg、Zr、Ag、Zn、Mn、稀土元素(Ce、Sc、La、Er)等。Mg能够固溶强化合金，促进强化相T1(Al2CuLi)的析出，形成S′(Al2CuMg)相，有效改善合金的性能。研究表明，Ag和Mg共同作用能促进T1相的析出，进一步提升合金的性能。Zr和Sc能够细化合金晶粒，同时加入还能形成Al3(Zr，Sc)粒子，阻碍位错的滑移。然而，Ag和稀土元素的添加，提高了合金的制备成本。
Zn在Al-Li合金中的作用类似于Ag，郑子樵等研究表明，Zn和Mg共同加入能够促进T1相的析出，因此Zn有望成为Ag的替代元素，降低Al-Li合金的成本。此外，有文献研究表明Zn还能够有效改善Al-Li合金的耐蚀性。然而，目前已有报道文献中，Al-Li合金的Zn含量都低于1％。中国专利文献CN103509984A(公开号)和CN106590601A(公开号)中公开的铝锂合金的Zn含量范围为0.3％～4％。在传统7xxx系铝合金中，Zn含量可达6.5％。而且Zn还是7xxx系铝合金有效强化相η′(MgZn2)相的主要组成元素。因此铝锂合金中Zn的潜能还未进一步被发挥，可以通过添加更高含量Zn进一步提升铝锂合金的性能。目前尚未见有在铝锂合金中添加更高含量Zn的任何报道，主要原因在于：添加过高的Zn，可能会在铝锂合金晶间析出粗大的含Zn相，恶化合金的塑性。
发明内容
本发明针对上述不足，本发明的目的在于提供一种高Zn含量高强高韧的变形铝锂合金及其制备方法。通过发挥Zn在Al-Cu-Li-Mg-Zr合金中的潜能，提高合金中的Zn含量，熔炼挤压制备出Zn含量(4.1-5.5％)较高的挤压变形Al-Li合金，通过固溶和时效处理，获得具有良好强韧性的铝锂合金。制得的合金具有较高的强度和良好塑性和耐蚀性，同时成本和具有相当力学性能的第三代铝锂合金相比，更为低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种高强韧性挤压变形铝锂合金，包括以下重量百分比含量的各组分：Zn 4.1-5.5％、Cu 2-4.5％、Mg 2-3％、Li 1-2％、Zr 0.1-0.5％，杂质元素总含量小于0.25％，以及余量的Al。
本发明添加该高含量的Zn，能够进一步促进强化相T1(Al2CuLi)相(T1相是铝锂合金中最具强化效应的相)和S′(Al2CuMg)相的析出(S′相能够强化合金的同时还能改善合金的塑性，在提高合金强度的同时还能保证合金的塑性)，同时Zn还是强化相η′(MgZn2)相的组成元素。因此Zn能够有效提高Al-Li和金的强韧性，然而过高Zn含量将提升合金的密度，减弱了铝锂合金的减重优势。综合考虑合金的强韧性和重量，开发的铝锂合金选择的Zn含量为4.1-5.5％。更优选，所述Zn含量为4.5-5.3％。
所述合金中的Mg含量为2-3％。Mg能够促进强化T1(Al2CuLi)的析出，此外Mg还是S′(Al2CuMg)相η′(MgZn2)相的组成元素。为了能在时效合金中析出η′(MgZn2)，我们控制了合金中的Mg含量。若本发明的合金中Mg含量过高容易在非平衡凝固时形成难溶第二相Al2MgLi。因此本发明合金优化的Mg含量为2-3％。
优选地，所述杂质包括Si、Na、K、Fe等。
第二方面，本发明提供了一种高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：
A、根据合金的质量百分比，称取各原料，包括Al-Cu中间合金，Al-Zr中间合金，纯锂、纯锌、纯镁、纯铝；
B、待纯铝熔化后，依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌，熔化完全后搅拌均匀并在表面撒入覆盖剂；
C、在氩气保护下加入纯锂，搅拌均匀扒去表面熔渣并撒入覆盖剂；
D、将经步骤C处理后形成的的熔体进行精炼、静置，然后连铸或浇铸形成铸锭；
E、在热处理炉中对铸锭进行均匀化处理；
F、将均匀化处理后的铸锭去除氧化皮后，进行挤压成型；
G、将挤压成型的型材进行固溶处理；
H、将经固溶处理的型材，进行T8时效热处理，得到高强高韧挤压变形铝锂合金。
优选地，步骤B和C中，所述覆盖剂为LiF+LiCl溶剂。
优选地，步骤D中，所述精炼采用的精炼剂为六氯乙烷，浇铸过程采用Ar气保护。
优选地，步骤E中，所述均匀化处理采用三级均匀化，第一级均匀化温度为460-470℃，保温时间9-12h；第二级均匀化温度为510-520℃，保温时间9-12h；第三级均匀化温度为540-550℃，保温时间为2-3h。采用的第一级均匀化是为了消除非平衡凝固条件下生成的低熔点第二相，包括少量的S相、T2(Al6CuLi3)相和Al2MgLi相以及凝固过程产生的偏析。若保温温度低于此温度范围，即使延长时间也不能较好的消除这些第二相；若保温温度高于此温度范围，则合金中这些低熔点第二相可能会熔化，产生过烧，不利于后续挤压加工。采用的第二级均匀化是为了最大限度的提高合金中溶质的过饱和度，为后续挤压做准备，从而采用500-520℃，保温时间9-12h。采用第三级均匀化是由于所述合金含有较高量的溶质原子，为了进一步充分溶解经前两级均匀化处理后合金中残留的溶质原子，从而采用的540-550℃、2-3h的短时间保温。相较二级均匀化处理，本发明所用三级均匀化处理更能进一步充分溶解合金中的溶质原子，挤压成型后的合金塑性更好。
优选地，步骤F中，所述挤压成型的条件包括：铸锭保温温度为420-430℃，保温时间为0.5-1.5h；挤压模具温度为380-400℃；挤压比为9:1-80:1。
优选地，步骤G中，所述固溶温度为500-520℃，保温时间为1-3h。在此温度保温是为了消除挤压变形过程产生的应力和缺陷，消除提高基体溶质原子的过饱和度，为后续时效做准备。若固溶温度低于此温度范围，应力和缺陷不能消除完整，溶质原子未能充分固溶，不能最大限度发挥后续时效的强化效果。若固溶温度高于此温度范围，合金容易发生再结晶和晶粒长大，不利于合金的力学性能。
优选地，步骤H中，T8时效处理包括室温变形处理和时效处理。
优选地，所述室温变形处理的变形量为3-6％；所述时效处理的温度为140-160℃。时效前对合金进行一定量的预变形，可引入适量的位错作为强化相T1的形核点，时效保温时T1相容易析出，有效强化合金。预变形量低于此范围时，引入的形核点少，无法有效促进强化相T1的析出；预变形量高于此范围时，引入缺陷过多，后续时效不能消除，不利于合金的塑性。预变形后，合金的时效保温温度140-160℃，保温时间24-36h。时效温度低于此温度范围时，达到和此温度相等力学性能所需时间增多，增加合金的制备成本；若保温温度高于此温度，析出强化相容易发生粗化，合金性能恶化。
本发明向Al-Li合金中添加了4.1-4.5％含量的Zn，在提高Zn含量的同时将合金中的Mg含量控制在2-3％，以期在Al-Li合金中析出η′(MgZn2)相，进一步发挥Zn在Al-Li合金中的潜能，获得一种低成本高强韧性耐蚀变形Al-Li合金。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)更高含量Zn提高合金强度的同时，并未降低合金的塑性，获得了一种具有良好强韧性的铝锂合金。Zn能促进T1相的析出，强化合金基体。同时当Zn含量增加到一定量时，还促进S′相的析出，S′相强化合金的同时还能一定程度改善合金的塑性。
(2)Zn在铝锂合金中的作用类似于Ag，因此有望成为Ag的替代元素。本发明中的高Zn铝锂合金的性能和传统含Ag的铝锂合金性能相当，成本更为低廉。
(3)通过分级均匀化处理，在防止低熔点第二相重熔过烧的前提下，第二级和第三级均匀化处理，能够很大程度将溶质原子溶入基体，获得过饱和的铝基体，为挤压成形工艺做好准备。
(4)研究表明，Zn能有效改善铝锂合金的耐蚀性，本发明在避免粗大含Zn相在晶界析出的前提下，最大程度地提高了铝锂合金中的Zn含量，促进了更多S′(Al2CuMg)相和η′(MgZn2)相的析出，获得了一种高强韧性的变形铝锂合金。因此本发明的高Zn含量的铝锂合金不仅具有良好的强韧性，还有良好的耐蚀性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1合金的金相图；其中图1a为合金的铸态组织，图1b为铸锭均匀化处理后的室温金相；
图2为实施例1、2挤压成型后，经固溶处理后挤压方向的金相图；其中图2a为实施例1的金相图，图2b为实施例2的金相图；
图3为实施例1合金T8时效态<110>轴的透射电镜图；其中图3a为明场像，图3b为暗场像；
图4为对比例1所述合金T8时效态<013>轴的透射电镜图；其中4a为明场像，图4b为暗场像；
图5为实施例1、实施例2和对比例1的XRD图谱，从图中可以看到本发明所述合金析出了S′相和η′相，因而具有更加良好的强韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯锂、纯锌、纯镁、纯铝，预热到180℃-200℃。然后将纯铝放入石墨坩埚熔化。待纯铝熔化后，在740℃-780℃温度范围依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌。在金属液表面撒入覆盖剂，在氩气保护下加入纯锂，然后扒渣、精炼。然后搅拌均匀，扒去熔渣撒入覆盖剂，待熔体温度降到730℃左右，加入C2Cl6精炼剂对熔体进行精炼，扒渣。静置4min后，在氩气保护下，将熔体进行连铸得到铸锭。铸锭的均匀化工艺为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温10h，最后在540-550℃，保温2h(均匀化处理前后的金相组织如图1所示)。将均匀化后的锭子430℃保温1.5h，放至温度400℃的挤压模具中，进行25:1挤压变形得到挤压型材。
该合金的固溶处理工艺为505℃×2h水冷(固溶处理后的金相如图2a所示)，时效处理工艺为：室温预变形4％后150℃保温30h。合金时效后的XRD如图5所示。合金时效后的TEM明场像和暗场像如图3a，3b所示。合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
4.13 1.1 3.9 2.2 0.12 余量
该变形铝锂合金T8态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝627MPa，抗拉强度σb＝660MPa，延伸率δ＝11.3％
弹性模量E为77.5GPa
实施例2
将Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯锂、纯锌、纯镁、纯铝，预热到180℃-200℃。然后将纯铝放入石墨坩埚熔化。待纯铝熔化后，在740℃-780℃温度范围依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌。在金属液表面撒入覆盖剂，在氩气保护下加入纯锂，然后扒渣、精炼。然后搅拌均匀，扒去熔渣撒入覆盖剂，待熔体温度降到730℃左右，加入C2Cl6精炼剂对熔体进行精炼，扒渣。静置4min后，在氩气保护下，将熔体进行连铸得到铸锭。铸锭的均匀化工艺为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温10h，最后在540-550℃，保温2h。将均匀化后的锭子430℃保温1.5h，放至温度400℃的挤压模具中，进行25:1挤压变形得到挤压型材。
该合金的固溶处理工艺为505℃×2h水冷(固溶处理后的金相如图2b所示)，时效处理工艺为：室温预变形4％后150℃保温30h。合金时效后的XRD图谱如图5所示。合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
4.99 1.02 4.1 2.1 0.14 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝652MPa，抗拉强度σb＝690MPa，延伸率δ＝10.9％
弹性模量E为78GPa
实施例3
将Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯锂、纯锌、纯镁、纯铝，预热到180℃-200℃。然后将纯铝放入石墨坩埚熔化。待纯铝熔化后，在740℃-780℃温度范围依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌。在金属液表面撒入覆盖剂，在氩气保护下加入纯锂，然后扒渣、精炼。然后搅拌均匀，扒去熔渣撒入覆盖剂，待熔体温度降到730℃左右，加入C2Cl6精炼剂对熔体进行精炼，扒渣。静置4min后，在氩气保护下，将熔体进行连铸得到铸锭。铸锭的均匀化工艺为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温10h，最后在540-550℃，保温2h。将均匀化后的锭子430℃保温1.5h，放至温度400℃的挤压模具中，进行25:1挤压变形得到挤压型材。
该合金的固溶处理工艺为505℃×2h水冷，时效处理工艺为：室温预变形4％后160℃保温30h。合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
5.5 1.04 3.08 2.3 0.13 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝610MPa，抗拉强度σb＝644MPa，延伸率δ＝16％
弹性模量E为77.4GPa
实施例4
将Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯锂、纯锌、纯镁、纯铝，预热到180℃-200℃。然后将纯铝放入石墨坩埚熔化。待纯铝熔化后，在740℃-780℃温度范围依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌。在金属液表面撒入覆盖剂，在氩气保护下加入纯锂，然后扒渣、精炼。然后搅拌均匀，扒去熔渣撒入覆盖剂，待熔体温度降到730℃左右，加入C2Cl6精炼剂对熔体进行精炼，扒渣。静置4min后，在氩气保护下，将熔体进行连铸得到铸锭。铸锭的均匀化工艺为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温10h，最后在540-550℃，保温2h。将均匀化后的锭子430℃保温1.5h，放至温度400℃的挤压模具中，进行64:1挤压变形得到挤压型材。
该合金的固溶处理工艺为505℃×2h水冷，时效处理工艺为：室温预变形6％后150℃保温30h。合金时效后的TEM明场像和暗场像如图3a，3b所示。合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
5.3 1.5 4.1 2.95 0.14 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝676MPa，抗拉强度σb＝720MPa，延伸率δ＝7.9％
弹性模量E为78.1GPa
实施例5
将Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯锂、纯锌、纯镁、纯铝，预热到180℃-200℃。然后将纯铝放入石墨坩埚熔化。待纯铝熔化后，在740℃-780℃温度范围依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌。在金属液表面撒入覆盖剂，在氩气保护下加入纯锂，然后扒渣、精炼。然后搅拌均匀，扒去熔渣撒入覆盖剂，待熔体温度降到730℃左右，加入C2Cl6精炼剂对熔体进行精炼，扒渣。静置4min后，在氩气保护下，将熔体浇铸至预热的金属型铸锭中。铸锭的均匀化工艺为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温10h，最后在540-550℃，保温2h。将均匀化后的锭子在430℃保温1.5h，放至温度400℃的挤压模具中，进行80:1挤压变形得到挤压型材。
该合金的固溶处理工艺为505℃×2h水冷，时效处理工艺为：室温预变形4％后150℃保温30h。合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
4.5 1.3 3.9 2.98 0.33 余量
该变形铝锂合金固溶态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝610MPa，抗拉强度σb＝650MPa，延伸率δ＝9.7％
弹性模量E为77.4GPa
实施例6
本实施例所述合金的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例合金成型时所用的挤压比为64：1；时效工艺为，室温预变形3％后140℃保温36h。
合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
4.6 2.0 2.03 2.0 0.14 余量
经固溶时效处理后该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝670MPa，抗拉强度σb＝700MPa，延伸率δ＝8.2％
弹性模量E为78GPa
实施例7
本实施例所述合金的制备方法与实施例4基本相同，不同之处在于，本实施例合金成型时所用的挤压比为9：1；时效工艺为，室温预变形3％后160℃保温24h。
合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
5.3 1.5 4.5 2.5 0.5 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝640MPa，抗拉强度σb＝689MPa，延伸率δ＝10.6％
弹性模量E为78.1GPa
对比例1
本对比例与实施例1的合金配比不同，制备方法与实施例1相同。具体为：将Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯锂、纯锌、纯镁、纯铝，预热到180℃-200℃。然后将纯铝放入石墨坩埚熔化。待纯铝熔化后，在740℃-780℃温度范围依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌。在金属液表面撒入覆盖剂，在氩气保护下加入纯锂，然后扒渣、精炼。然后搅拌均匀，扒去熔渣撒入覆盖剂，待熔体温度降到730℃左右，加入C2Cl6精炼剂对熔体进行精炼，扒渣。静置4min后，在氩气保护下，将熔体进行连铸得到铸锭。铸锭的均匀化工艺为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温10h，最后在540-550℃，保温2h。将均匀化后的锭子430℃保温1.5h，放至温度400℃的挤压模具中，进行25:1挤压变形得到挤压型材。
合金的固溶处理工艺为505℃×2h水冷。时效处理工艺为：室温预变形4％后150℃保温30h。合金时效后的XRD图谱如图5所示。合金时效后的TEM明场像和暗场像如图4a，4b所示。合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
4.1 1.04 3.95 0.8 0.13 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝530MPa，抗拉强度σb＝580MPa，延伸率δ＝12.3％
弹性模量E为77.0GPa
对比例2
本对比例与实施例1的合金配比不同，制备方法与实施例1相同。制得的合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
2.0 1.15 3.9 2.2 0.13 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝504MPa，抗拉强度σb＝566MPa，延伸率δ＝11.4％
弹性模量E为78.1GPa
对比例3
本对比例与实施例3的合金配比不同，制备方法与实施例1相同。制得的合金成分(wt％)经化学分析为：
Zn Li Cu Mg Zr Al
6.0 1.07 3.08 2.3 0.1 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝510MPa，抗拉强度σb＝575MPa，延伸率δ＝8.4％
弹性模量E为77.4GPa
对比例4
本对比例合金的组分、熔炼制备过程方法、挤压工艺和时效工艺与实施例2相同，不同之处仅在于：合金的均匀化处理工艺为二级均匀化处理，具体为：460℃保温12h，然后在510-520℃保温20h。
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝630MPa，抗拉强度σb＝675MPa，延伸率δ＝8％
弹性模量E为78GPa
对比例5
本对比例的实验合金组分与实施例2相同，制备方法也与实施例2基本相同，不同之处仅在于：时效处理工艺过程中，合金的预变形为9％。
该工艺时效处理后的室温力学性能为：
屈服强度σ0.2＝604MPa，抗拉强度σb＝630MPa，延伸率δ＝7.0％
弹性模量E为77.0GPa
对比例6
本对比例的铝锂合金根据专利CN103509984A(公开号)中的说明书实施例1的方法制备，合金的均匀化工艺为二级均匀化，成型方式为轧制成型。制备所得合金的化学成分为(wt％)：
Zn Li Cu Mg Zr Ag Mn Al
0.27 1.13 3.81 0.33 0.11 0.6 0.22 余量
该变形铝锂合金时效态室温力学性能、弹性模量为：
屈服强度σ0.2＝595MPa，抗拉强度σb＝637MPa，延伸率δ＝6.3％
弹性模量E为77.2GPa
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种高强韧性挤压变形铝锂合金，其特征在于，包括以下重量百分比含量的各组分：Zn 4.99％、Cu 4.1％、Mg 2.1％、Li 1.02％、Zr 0.14％，杂质元素总含量小于0.25％，以及余量的Al。
2.一种根据权利要求1所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据合金的质量百分比，称取各原料，包括Al-Cu中间合金，Al-Zr中间合金，纯锂、纯锌、纯镁、纯铝；
B、待纯铝熔化后，依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、纯镁、纯锌，熔化完全后搅拌均匀并在表面撒入覆盖剂；
C、在氩气保护下加入纯锂，搅拌均匀扒去表面熔渣并撒入覆盖剂；
D、将经步骤C处理后形成的的熔体进行精炼、静置，然后连铸或浇铸形成铸锭；
E、在热处理炉中对铸锭进行均匀化处理；
F、将均匀化处理后的铸锭去除氧化皮后，进行挤压成型；
G、将挤压成型的型材进行固溶处理；
H、将经固溶处理的型材，进行T8时效热处理，得到高强高韧挤压变形铝锂合金。
3.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤B和C中，所述覆盖剂为LiF+LiCl溶剂。
4.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤D中，所述精炼采用的精炼剂为六氯乙烷。
5.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤E中，所述均匀化处理采用三级均匀化，第一级均匀化温度为460℃，保温时间12h；第二级均匀化温度为510℃，保温时间10h；第三级均匀化温度为540℃，保温时间为2h。
6.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤D所述浇铸过程中采用氩气保护。
7.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤F中，所述挤压成型的条件包括：铸锭保温温度为430℃，保温时间为1.5h；挤压模具温度为400℃；挤压比为25:1。
8.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤G中，所述固溶温度为505℃，保温时间为2h。
9.根据权利要求2所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，步骤H中，T8时效处理包括室温变形处理和时效处理。
10.根据权利要求9所述的高强韧性挤压变形铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述室温变形处理的变形量为4％；所述时效处理的温度为150℃，保温时间为30h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112941381B (zh) * 2021-01-29 2023-03-28 宁波精达五金制造有限公司 一种高强度耐腐蚀弹壳及其制备方法
CN112981198B (zh) * 2021-02-05 2022-02-25 太原理工大学 一种高强韧铝锂合金薄板的短流程制备方法
CN114574739B (zh) * 2022-03-11 2022-11-22 贵州航天新力科技有限公司 一种3d打印铝锂合金及其应用
CN114875283A (zh) * 2022-05-19 2022-08-09 贵州航天新力科技有限公司 一种可铸造第四代超轻超细晶高强铝锂合金
CN115505807B (zh) * 2022-09-21 2023-06-27 郑州轻研合金科技有限公司 一种高比强铝锂合金及其制备方法和应用
CN115652149B (zh) * 2022-10-25 2024-01-12 上海交通大学 轻质高强含TiB2增强相颗粒铝锂基复合材料及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961792A (en) * 1984-12-24 1990-10-09 Aluminum Company Of America Aluminum-lithium alloys having improved corrosion resistance containing Mg and Zn
US4869870A (en) * 1988-03-24 1989-09-26 Aluminum Company Of America Aluminum-lithium alloys with hafnium
US5151136A (en) * 1990-12-27 1992-09-29 Aluminum Company Of America Low aspect ratio lithium-containing aluminum extrusions
CN1216167C (zh) * 2002-01-30 2005-08-24 北京航空航天大学 一种含锂高强铝合金材料及其制备方法
CN103233148B (zh) * 2012-08-23 2016-01-20 北京有色金属研究总院 一种适用于结构功能一体化用铝合金制品及制备方法
CN104711463B (zh) * 2015-03-17 2017-01-04 中南大学 一种Al-Mg-Zn-Li合金及其板材制备方法
CN105648283B (zh) * 2016-03-31 2018-01-19 上海交通大学 低密度、高刚度铸造铝锂合金及其制备方法
CN106591650B (zh) * 2016-12-07 2018-08-03 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种改善铝锂合金抗应力腐蚀性能的方法

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