CN1094452A - 亚纯高强型稀土铝锂合金 - Google Patents

Abstract

一种亚纯高强度稀土铝锂合金，采用加大稀土元 素含量以抑制杂质对材料韧性损害的方法，提供了一 种杂质元素量可放宽至一般限制条件，能采用普通纯 度的原材料制取的新的铝锂合金材料。本合金中含 (0.05—0.30)％Ce，杂质总含量允许在0.6％以内，与 高性能稀土铝锂合金及美国2090合金比较，本材料 在保持这种类型合金主要性能情况下，改变了用高纯 铝锂做原材料，生产工艺过程要求过高的现状，降低 了合金的成本。

Description

本发明涉及一种新的铝锂合金材料。

铝合金材料中的铝锂合金因其弹性模量高，比强度及比刚度大等一系列优异性能而受到关注。目前，国外已研制出多种牌号的铝锂合金，如美国ALCOA公司的高强型2090合金，现已基本达到工业化生产水平，将投入使用，但这种材料存在着韧性及塑性不够高的缺陷，使其推广应用受到影响。针对2090合金存在的不足，我国研制了高性能稀土铝锂合金。这种合金的主要特点是在铝锂合金中添加微量稀土元素，以提高合金的韧性及塑性（见发明专利公报，VO1.8，NO.26，1992，CN1062176A）。并且，当合金中加入微量稀土后，使得材料的疲劳抗力、裂纹扩展抗力、耐蚀、耐热性能均达优良。但是在上述两种铝锂合金中，杂质元素对材料的韧性及塑性损害极大，为尽量避免杂质的危害作用，目前在铝锂合金的生产中，需要纯度极高的原材料，（例如纯度为99.99%以上的高纯铝及高纯锂），并且必须严格控制生产过程中的诸工艺环节及工艺环境，以避免杂质的混入。这种过高的要求使铝锂合金批量生产的难度增大，成本提高，限制了这种新型材料的推广应用。

本发明目的在于克服目前高强型铝锂合金对杂质限量过严、生产条件苛刻，不适于工业化生产的不足，提供一种杂质元素含量放宽至一般限制条件，可采用普通纯度的原材料制取的新的高强型铝锂合金材料，以降低材料成本，并利于工业化生产。

本发明所提供的稀土铝锂合金采用加大稀土元素含量，利用稀土抑制杂质对材料韧性及塑性损害的方法来实现上述目的。本合金中，稀土元素Ce含量达（0.05-0.3）%（均为重量百分数，下同）。其他成分为（1.9-2.6）%Ll，（2.4-3.0）%Cu，（0.08-1.5）%Zr，杂质总含量（Fe、Sl及碱金属等）允许在0.6%以内，其余为Al及铺加元素Tl、B等。

与美国的2090合金及我国研制的高性能稀土铝锂合金相比，本亚纯高强型稀土铝锂合金具有以下特点：

1、本合金可采用普通纯度原材料制备，生产过程控制不严格、不需严格限制杂质含量。合金半成品杂质含量只要低于0.6%即可（其中碱金属杂质含量低于100ppm即可）。这种杂质限定含量在一般铝合金生产过程中即可达到，不需严格控制。而2090合金及高性能稀土铝锂合金必须采用纯度极高的原材料制备，半成品杂质含量必须严格限制在0.22%以内（美国AMS4251标准规定，实际限制在0.1%之内）。

2、亚纯稀土铝锂合金成本比2090及高性能稀土铝锂合金成本低，原因之一是其制备不必采用高纯度原材料。

3、虽然亚纯稀土铝锂合金中杂质含量相对较高，但其主要性能指标仍接近或超过2090合金及高性能稀土铝锂合金，强塑性指标已达到美国2090合金的AMS4251标准。具体数据见表1、表2、所示。

表1 不同合金板材（1.0-4.0mm，T8状态）力学性能

合金	纵向L			L+45°			横向T
										σMPa	σMPa	δ%	σMPa	σMPa	δ%	σMPa	σMPa	δ%
	2090(国外典型值）	565	528	5.1	502	450	9.8	522	512										7.1
2090（同试验条件）＊										560	520	5.6	480	410	11.0	540	495	6.5
	高性能稀土铝锂合金（同试验条件）＊	575	522	3.7	480	405	11.0	530	495										7.3
亚纯稀土铝锂合金										535	495	6.0	495	430	11.2	538	502	6.7
	美国标准AMS4251	＞531	＞483	＞3.0	＞441	＞386		＞503	＞455										＞5.0

表2 不同合金板材（1.0-4.0mm，T8状态）疲劳与断裂性能

合金	疲劳寿命＊＊×10周	Ke      MPa m
					L-T	L+45°	T-L
		2090（国外典型值）		49.7					44.3
高性能稀土铝锂合金（同试验条件）＊	0.326
		2090（同试验条件）＊	0.245	43.6				34.5	25.9
亚纯稀土铝锂合金	0.273				50.6	45.2	39.7

同试验条件是指与本发明合金同批制备，加工并同批试验条件下所得到的测试数据。

在σ_man＝280MPa，R＝0.1，f＝15试验条件下所测疲劳循环断裂周次。

下面结合实施例具体说明实现本发明的过程。

采用纯度高于99.6%的纯铝及99.8%的纯锂或Al-Ll中间合金作为主要原料，另外的合金元素Cu、Zr、Ce及细化剂Ti、B等，均以其与Al的中间合金形式加入。在熔炼前，将上述原材料充分清洗并烘干。

熔炼过程可采用两种方法：

（1）真空熔炼。将原材料除锂（或Al-Li中间合金）外，均放入真空感应炉的坩埚中，抽真空至0.1-0.6Pa后通电加热化料。原料熔化后控温至700-740℃静置除气，炉中充Ar至40-50KPa，加入纯锂（或Al-Li中间合金），电磁搅拌至740-780℃略静置 后浇注。

（2）氩气保护熔炼。将原材料除锂外，均放入电阻炉坩埚中，升温至730-800℃化料搅拌，用C₂Cl₆精炼除渣，加入（LiCl+LiF）进行熔渣保护，通Ar保护后加入纯Li，熔液中通Ar再次除气，除渣后控温至740-780℃Ar气保护浇注。

浇注模应采用冷却条件好的铜模或水冷模。合金铸锭应进行400-470℃/8-10h+500℃/8-10h+520-530℃/6-10h的均匀化处理。

铸锭开坯温度为490-520℃，热轧温度为480-510℃，温轧温度为280-300℃。开坯变形量（50-70）%，热轧变形量（50-80）%，冷或温轧变形量（50-70）%。

也可在热轧后于480-520℃保温水冷，再进行冷轧，变形量为（50-80）%。

用上述方法可获得轧制状态的本合金板材。

Claims (2)

1、一种稀土铝锂合金，其化学成份为(1.9-2.6)%Li，(2.4-3.0)%Cu(0.08-1.5)%Zr及Ce、Al和杂质，其技术特征是稀土元素Ce含量为(0.05-0.3)%。

2、如权利要求1所述铝锂合金，其特征是杂质（Fe、Si及碱金属等）总含量允许在0.6%以内。