CN110218920B - 一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金及其制备方法 - Google Patents

一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金及其制备方法,所述合金包括按重量百分比计的如下元素:0.8‑3.0%Li、3.0‑6.0%Cu、0.2‑3.0%Mg、0.2‑1.5%Zn,0.1‑0.15%Zr,0.1‑1.0%Gd,0.1‑1.0%Nd,0.1‑1.0%Yb,余量为Al和不可避免的杂质元素。本发明在合金中复合添加稀土元素Gd、Nd及Yb,三种稀土协同作用起到了细晶强化、析出强化、亚结构强化以及固溶强化等多重效果,使合金的强度和韧性均得到改善,制得的铝锂合金的显微组织均匀、各项性能稳定,具有更优良的强度和韧性。该合金在航空航天、高铁、机器人和家用电器等领域具有广阔的运用前景。

Description

一种复合添加多种稀土元素的高强韧性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技术领域,涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金及其制备方法,具体是一种在Al-Cu-Li-X合金中复合添加多种稀土元素,并通过一定的挤压工艺和热处理手段获得密度低、弹性模量高、强度高和韧性好的变形铝锂合金。
背景技术
铝锂合金是一类具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比刚度的铝锂合金,与纤维复合材料并列为航空航天领域的主要材料,正在逐渐替代传统铝合金。研究报道,在Al合金中每添加1wt.%的Li元素均会使得合金密度下降3%,弹性模量提升6%,对于合金力学性能的提升作用十分明显。另外,铝锂合金相较于纤维复合材料有价格优势,维护成本更低,因此,铝锂合金已成为航空航天领域理想的高强轻质材料。中国商用飞机有限责任公司首飞成功的C919大飞机使用铝锂合金占比高达15.5%,每架飞机使用铝锂合金总重达6.53吨之多。同时,在高速列车、机器人及家电等领域的需求也将会越来越迫切。
然而,截至目前为止,大多数牌号的铝锂合金存在强度高而延伸率低或延伸率高而强度不足的窘境,即往往不能同时满足强度高塑性好的要求。由美国在20世纪90年代开发的Weldalite 210铝锂合金,具有较高的拉伸强度,可达750Mpa,屈服强度可达730MPA,其强度是目前铝锂合金中最高,但其塑性T6态下仅有2.8%,要使该合金能应用于实际生产中,则需在维持较高的屈服与拉伸强度的同时,进一步提升合金的延伸率。2195铝锂合金的T6态板材横向性能延伸率虽然达到12.1%,但其屈服强度为551MPA,抗拉强度为592MPA,并未体现出Al-Cu-Li-X合金理想的强度。
研究发现,铝锂合金中添加一定量的稀土元素,不但可净化铝锂合金溶体,起到变质作用,减少合金铸件缺陷;也可以细化晶粒,析出不同的强化相,使其综合性能得到加强。目前已有部分在铝锂合金中添加微量稀土元素的研究报道,中南大学李昊然等人研究了不同Ce含量对Al-Cu-Li-X合金形变热处理时的微观组织与性能的影响,加入Ce后的Al-4.15Cu-1.25Li-0.40Mg-0.40Ag-0.5Zn-0.12Zr-xCe合金在T8峰时效态下屈服强度最高为560MPA,抗拉强度最高为597MPA,延伸率为8%;中国科学院金属研究所桂全红等人研究了Y对8090Al-Li合金拉伸性能和断裂行为的影响,加入Y后的8090合金挤压并轧制后在峰时效态下的屈服强度最高340MPA,抗拉轻度最高434MPA,延伸率最高达10.6%;中南大学尹登峰等人研究了Sc对2195铝锂合金应变时效的显微组织和力学性能的影响,加入0.15%Sc的2195在峰时效条件下延伸率有11.2%,但屈服强度和抗拉强度分别为534MPA和565MPA,提高了延伸率,但合金强度未有明显改善;中国专利文献CN108425050A(公布号)中公开的一种轧制变形高强高韧铝锂合金含稀土元素Y0.06-0.12%,该合金的延伸率最高达11.5%,而抗拉强度和屈服强度最高分别为562MPA和525MPA;中国专利文献CN108251706A(公布号)公开的一种含稀土元素的轧制变形铝锂合金,含稀土元素La 0.4-0.6%和Sc 0.1-0.5%,时效后其抗拉强度可达到750MPA,然而韧性虽有改善但效果依然不明显;中国专利文献CN103993204A(公布号)公开的一种低各向异性的铝锂合金棒含稀土元素La和Ce:0.2-0.4%,T6态下其抗拉强度和屈服强度极高,但延伸率最高为2.5%。从现有的研究成果来看,通过添加Ce、La、Y及Sc等稀土元素改善合金强度和韧性的效果仍然有限,大部分合金依然是保留了或强度高而延伸率低,或延伸率高而强度偏低的缺陷,尚未真正同时实现强度高韧性好,依然不足于使铝锂合金的强度和韧性同时达到或超过普通航空用铝合金的水平。而随着航空航天设备运载载荷需求的不断提高,对高强高韧轻质材料的需求也越来越迫切,急需开发一款高强高韧轻质铝锂合金,使其力学性能达到屈服强度≥650MPA、抗拉强度≥700MPA、延伸率≥10%,满足未来航空航天飞行器对轻质高性能结构材料的需求。
发明内容
本发明针对上述不足,提出一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金及其制备方法,具体是在Al-Cu-Li-X合金的基础上,通过复合添加稀土元素Gd、Nd及Yb协同作用优化合金成分,再结合挤压成型、强化固溶、预变形和多级时效处理等手段,获得密度低、弹性模量高、强度高和韧性好的变形铝锂合金。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
第一方面,本发明提供了一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,包括按重量百分比计的如下元素:0.8-3.0%Li、3.0-6.0%Cu、0.2-3.0%Mg、0.2-1.5%Zn,0.1-0.15%Zr,0.1-1.0%Gd,0.1-1.0%Nd,0.1-1.0%Yb,余量为Al和不可避免的杂质元素。
优选地,所述杂质元素中,Fe、Si、Na、K和P的总量小于0.20%,其中各单项杂质元素含量小于0.10%。
本发明通过复合添加Gd、Nd和Yb等稀土元素,可有效改善Al-Cu-Li-X合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率等。
添加适量的Gd,首先,合金在均匀化处理时和挤压过程中弥散析出含Gd的强化相,起到弥散强化效果;其次,弥散析出的含Gd相,对位错和亚晶界具有强烈的钉扎作用,阻碍多边形化和亚晶生长,抑制再结晶,挤压过程中产生的大量位错和纤维组织得以保留,进一步提高合金强度;最后,纤细的组织使铝锂合金晶界体积分数增大,而位错易在晶界处聚集,较高的晶界体积分数非常有利于缓解应力集中使变形均匀,有效提高了合金的延伸率,所以添加稀土元素Gd可以同时提高铝锂合金的强度和延伸率。然而,过高的Gd含量细化效果将会降低,强度和延伸率下降,因此本发明优选地Gd含量为0.1-1.0%。
Nd可在结晶界面前沿富集造成成分过冷,具有原始细化晶粒的作用,生成的Al2Nd颗粒在挤压过程中将被破碎并分散到基体中,促进再结晶形核,同时,Al2Nd相又可以钉扎晶界,阻碍再结晶晶粒长大,所以晶粒细化和第二相强化是Nd改善合金性能的主要原因。但添加过量的Nd将对合金的强度和塑形产生不利影响,因此本发明优选地Nd的含量为0.1-1.0%。
稀土元素Yb对铝锂合金优化效果与其他稀土元素有所不同,具有独特的改性作用和强韧化效果。添加适量的Yb对铝锂合金具有细化晶粒的作用,尤其是对挤压变形铝锂合金在限制动态再结晶方面起到了细化晶粒的作用;Yb促进了共格弥散相的析出,析出相起到了钉扎位错和亚晶界的作用,限制动态再结晶晶粒的形核与长大,并互相保持亚晶界形貌,起到了析出强化和亚结构强化的作用;Yb固溶在合金基体中使强度增加,并因此限制动态回复和动态再结晶,使合金的位错密度上升并使其均匀弥散分布,提高了加工硬化速率,使合金获得了良好的强韧化效果。同样的,本发明合金中Yb的最优含量为0.1-1.0%。
更重要的一点,复合添加Gd、Nd以及Yb等稀土元素,三种稀土元素协同作用可更进一步增强稀土元素的强韧化效果。在Al-Cu-Li-X合金中添加单一的稀土元素优化效果有限,不足于使合金满足实际需求,而三种稀土元素在Al-Cu-Li-X合金中既彼此独立也相互影响,即添加多种稀土元素对其中的单一元素强韧化效果会产生一定负面影响,但适宜的三种元素协同作用的整体效果远远大于单一稀土元素,使细晶强化、析出强化、亚结构强化以及固溶强化等效果进一步增强,强韧化作用显著提高。
本发明在Al-Cu-Li-X合金中复合添加稀土元素Gd、Nd及Yb,三种稀土协同作用起到了细晶强化、析出强化、亚结构强化以及固溶强化等多重效果,使合金的强度和韧性均得到改善,并通过一定的制备工艺(挤压工艺+热处理工艺)获得的此种铝锂合金的显微组织均匀、各项性能稳定,具有比其余同类铝锂合金,更优良的强度和韧性。该合金在航空航天、高铁、机器人和家用电器等领域具有广阔的运用前景。
第二方面,本发明提供了一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,包括以下步骤:
A、根据合金的重量百分比称取原料,包括纯Al、Al-50Cu中间合金、Al-10Zr中间合金、Al-30Gd中间合金、Al-10Nd中间合金、Al-10Yb中间合金、纯Mg、纯Zn以及纯Li;熔炼前将除纯Li以外的原料以及浇铸所用模具均预热至180-220℃;
B、将合金原料进行熔炼,然后浇铸,得铸锭;
C、将所得铸锭进行均匀化处理;
D、将均匀化处理后的铸锭加工成圆锭,然后挤压成型;
E、将挤压成型所得的型材进行固溶处理;
F、将固溶处理后的型材预变形后再进行多级时效处理,即得到所述的挤压变形铝锂合金。
优选地,所述熔炼的具体步骤如下:
B1、将纯Al熔化后,在800-820℃依次加入Al-Zr中间合金、Al-Gd中间合金、Al-Yb中间合金及Al-Nd中间合金后搅拌均匀,接着在780-820℃保温8-10分钟后再搅拌一次;
B2、在780-800℃加入Al-Cu中间合金并搅拌均匀,搅拌后在740-800℃保温10-15分钟;
B3、在740-760℃加入纯Zn并搅拌均匀,搅拌后在730-760℃保温8-10分钟;
B4、在730-750℃加入纯Mg并搅拌均匀,搅拌后在710-750℃保温8-10分钟;接着在710-730℃精炼两次,完成精炼后撒上覆盖剂;
B5、加纯Li前在熔体上方通入氩气,710-730℃时加入Li,搅拌均匀,并在710-730℃保温5分钟;
B6、然后在710-730℃精炼三次,精炼完成后在710-730℃静置10-20分钟。
优选地,步骤B4中,所述覆盖剂是质量比为1:5~1:3的LiF和LiCl混合溶剂;步骤B4和B6中,所述精炼采用的精炼剂为六氯乙烷。
优选地,步骤B中,所述浇铸温度为710-730℃。
优选地,步骤C中,所述均匀化处理为三级均匀化,温度和时间为:470-490℃保温10-15小时、500-520℃保温10-15小时、530-550℃保温2-4小时。
优选地,步骤D中,所述挤压成型的条件包括:挤压温度为400-500℃,模具温度低于挤压温度25-30℃;挤压比为4:1-100:1。
优选地,步骤E中,所述固溶处理为强化固溶,先在460-480℃保温0.25-0.5小时,再以1℃/min升温至520-540℃,再保温0.25-0.5小时。
优选地,步骤F中,所述多级时效处理的条件为:室温预变形量为3-4.5%,低温预时效为90-100℃保温4-6小时;高温时效为145-155℃保温20-28小时,然后170-180℃保温6-8小时。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明制备的一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,通过在Al-Cu-Li-X合金中添加Gd元素,起到了弥散强化、抑制再结晶以及保留挤压过程中产生的位错和纤维组织的效果,显著提高了合金的强度和延伸率;
2、本发明制备的一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,通过在Al-Cu-Li-X合金中复合添加Nd元素,起到了细晶强化和第二相强化作用,显著改善合金性能;
3、本发明制备的一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,通过在Al-Cu-Li-X合金中复合添加Yb元素,起到了细晶强化、析出强化、亚结构强化和固溶强化等多种强化效果,并使位错增加并均匀分布,提高了加工硬化速率,使合金获得良好的强韧化效果;
4、本发明制备的一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,通过创造性地在Al-Cu-Li-X合金中复合添加Gd、Nd以及Yb三种稀土元素,多种稀土元素协同作用对合金的增强增韧效果比添加一种稀土元素更进一步提高;
5、对挤压态的Al-Cu-Li-X合金采用强化固溶处理,在不提高合金元素含量的情况下,显著增加了固溶体的过饱和度,更进一步减少了粗大难熔相,有效地提高了后续时效的析出程度,明显改善了合金力学性能;
6、采用预变形结合多级时效工艺的处理手段,使晶内析出更多细小弥散的强化相,让合金在保持T6态的强度的同时,又能获得良好的抗应力腐蚀能力及良好的韧性。
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,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,按合金重量百分比称取纯Al、Al-50Cu中间合金、Al-30Gd中间合金、Al-10Nd中间合金、Al-10Yb中间合金、纯Zn、纯Mg及纯Li并将之包括浇铸所用模具预热到180-220℃;熔炼过程按如下步骤依次进行:①将纯Al熔化后,在800-820℃依次加入Al-Zr、Al-Gd、Al-Yb及Al-Nd等中间合金后搅拌均匀,接着在780-820℃保温8-10分钟后再搅拌一次;②在780-800℃加入Al-Cu中间合金并搅拌均匀,搅拌后在740-800℃保温10-15分钟;③在740-760℃加入Zn并搅拌均匀,搅拌后在730-760℃保温8-10分钟;④在730-750℃加入Mg并搅拌均匀,搅拌后在710-750℃保温8-10分钟;接着在710-730℃精炼(采用的精炼剂为六氯乙烷)两次,完成精炼后撒上覆盖剂(质量比为1/5-1/3的LiF和LiCl混合溶剂);⑤加Li前在熔体上方通入氩气,710-730℃时加入Li,搅拌均匀,并在710-730℃保温5分钟;⑥在710-730℃精炼(采用的精炼剂为六氯乙烷)三次,精炼完成后在710-730℃静置10-20分钟铸;然后进行浇铸。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000061
接着进行的是均匀化处理和挤压:将熔炼所得铸锭完成均匀化后加工成圆锭,然后在挤压机中进行挤压。
①均匀化:采用三级均匀化,温度和时间分别为:470-490℃保温10-15小时+500-520℃保温10-15小时+530-550℃保温2-4小时;
②挤压:将均匀化后的圆锭加热到430-450℃(挤压温度)并保温1小时,完成后将圆锭立即置于挤压机中进行挤压,模具温度低于挤压温度25-30℃,挤压比为49:1。挤压所得制品立即置于水中冷却。
最后进行的是固溶和时效处理:对挤压所得型材进行强化固溶处理和预变形结合多级时效处理。
①强化固溶处理:先在460-480℃保温0.25-0.5小时,再以1℃/min升温至520-540℃,再保温0.25-0.5小时,完成后水冷。
②时效处理:室温预变形量为3-4.5%,低温预时效为90-100℃保温4-6小时,高温时效为145-155℃保温20-28小时+170-180℃保温6-8小时。
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:85GPa。屈服强度697MPa,抗拉强度:746MPA,延伸率:12.5%。
实施例2
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本实施例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本实施例与实施例1的合金配比含量不同。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000071
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:81GPa。屈服强度677MPa,抗拉强度:731MPA,延伸率:11.2%。
实施例3
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本实施例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本实施例与实施例1的合金配比含量不同。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000072
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:83GPa。屈服强度678MPa,抗拉强度:735MPA,延伸率:11.0%。
实施例4
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本实施例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本实施例与实施例1的合金配比含量不同。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000081
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:76GPa。屈服强度658MPa,抗拉强度:709MPA,延伸率:10.9%。
实施例5
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本实施例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本实施例与实施例1的合金配比含量不同。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000082
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:77GPa。屈服强度662MPa,抗拉强度:716MPA,延伸率:10.1%。
实施例6
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本实施例与实施例1合金配比含量相同,区别仅在于:制备方法不同,本实施例采用常规的单级均匀化处理,以及常规的恒温固溶和时效处理(T6)。具体条件如下:
①均匀化:采用单级均匀化,温度和时间为:500-520℃保温24-32小时;
②固溶处理:采用常规固溶处理,温度和时间为:500℃保温1.5-2小时;
③时效处理:采用单级时效处理,温度和时间为:145-155℃保温24-32小时。
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:77GPa。屈服强度:665MPa,抗拉强度:718MPA,延伸率:10.3%。
实施例7
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1合金配比含量相同,区别仅在于:合金的制备过程中,均匀化处理采用两级均匀化,温度和时间分别为:500-520℃保温20-30小时+530-550℃保温2-4小时。
所得变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:83GPa。屈服强度:688MPa,抗拉强度:731MPA,延伸率:11.0%。
由于本合金成分复杂,采用二级均匀化处理,不能充分地将合金中的晶间第二相溶解至基体中,将不利于合金挤压过程,进而导致成品与实施例1相比延伸率明显下降。
实施例8
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1合金配比含量相同,区别仅在于:合金的制备过程中,固溶处理采用常规的恒温固溶,温度和时间分别为:500℃保温1.5-2小时。
所得变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:84GPa。屈服强度:679MPa,抗拉强度:725MPA,延伸率:10.5%。
由于本合金成分复杂,若采用常规的恒温固溶处理,不能充分地让挤压过程中产生的第二相固溶至基体中,将会使后续时效处理产生的强韧化效果下降,进而导致成品与实施例1相比强度和延伸率均明显下降。
实施例9
本实施例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1合金配比含量相同,区别仅在于:合金的制备过程中,时效处理采用常规的T8时效工艺,预变形量、温度和时间分别为:预变形量3-4.5%,145-155℃保温24-32小时。
所得变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:82GPa。屈服强度:672MPa,抗拉强度:722MPA,延伸率:10.8%。
由于本合金成分复杂,采用常规的T8时效工艺,在时效过程中不能充分地使合金析出更多细小弥散的强化相,导致成品与实施例1相比强度和延伸率均明显下降。
对比例1
本对比例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本对比例中,合金配比不同,不添加Gd、Nd和Yb等元素。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000091
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:70GPa。抗拉强度:550MPA,屈服强度595MPa,延伸率:9.2%。
由于未添加稀土元素,强度和延伸率较实施例1明显降低。
对比例2
本对比例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本对比例中,合金配比不同,不添加Nd、Yb元素。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000101
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:72GPa。抗拉强度:580MPA,屈服强度625MPa,延伸率:10.2%。
由于仅添加稀土元素Gd,强度和延伸率较实施例1明显降低,但又高于对比例1。
对比例3
本对比例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本对比例中,合金配比不同,不添加Yb元素。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000102
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:75GPa。抗拉强度:625MPA,屈服强度667MPa,延伸率:11.2%。
由于仅添加稀土元素Gd和Nd,强度和延伸率较较实施例1明显降低,但又高于对比例2。
对比例4
本对比例涉及一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,本对比例与实施例1制备方法相同,区别仅在于:本对比例中,合金配比不同,采用Ce元素代替Gd元素。
所得合金铸锭经化学分析合金成分为(wt%):
Figure BDA0002111810130000103
该变形铝锂合金时效态弹性模量、室温力学性能为:
弹性模量:77GPa。抗拉强度:647MPA,屈服强度692MPa,延伸率:11.5%。
由于复合添加稀土元素中将Gd替换为了Ce,强度和延伸率较实施例1明显下降。
本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出,以上实施例仅用于说明本发明,而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,其特征在于,由按重量百分比计的如下元素组成:0.8-3.0%Li、3.0-6.0%Cu、0.2-3.0%Mg、0.2-1.5%Zn,0.1-0.15%Zr、0.1-1.0%Gd、0.1-1.0%Nd、0.1-1.0%Yb,余量为Al和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金,其特征在于,所述杂质元素中,Fe、Si、Na、K和P的总量小于0.20%,其中各单项杂质元素含量小于0.10%。
3.一种根据权利要求1所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、根据合金的重量百分比称取原料,包括纯Al、Al-50Cu中间合金、Al-10Zr中间合金、Al-30Gd中间合金、Al-10Nd中间合金、Al-10Yb中间合金、纯Mg、纯Zn以及纯Li;熔炼前将除纯Li以外的原料以及浇铸所用模具均预热至180-220℃;
B、将合金原料进行熔炼,然后浇铸,得铸锭;
C、将所得铸锭进行均匀化处理;
D、将均匀化处理后的铸锭加工成圆锭,然后挤压成型;
E、将挤压成型所得的型材进行固溶处理;
F、将固溶处理后的型材预变形后再进行多级时效处理,即得到所述的高强韧性变形铝锂合金。
4.根据权利要求3所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,所述熔炼的具体步骤如下:
B1、将纯Al熔化后,在800-820℃依次加入Al-Zr中间合金、Al-Gd中间合金、Al-Yb中间合金及Al-Nd中间合金后搅拌均匀,接着在780-820℃保温8-10分钟后再搅拌一次;
B2、在780-800℃加入Al-Cu中间合金并搅拌均匀,搅拌后在740-800℃保温10-15分钟;
B3、在740-760℃加入纯Zn并搅拌均匀,搅拌后在730-760℃保温8-10分钟;
B4、在730-750℃加入纯Mg并搅拌均匀,搅拌后在710-750℃保温8-10分钟;接着在710-730℃精炼两次,完成精炼后撒上覆盖剂;
B5、加纯Li前在熔体上方通入氩气,710-730℃时加入Li,搅拌均匀,并在710-730℃保温5分钟;
B6、然后在710-730℃精炼三次,精炼完成后在710-730℃静置10-20分钟。
5.根据权利要求4所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,步骤B4中,所述覆盖剂是质量比为1:5~1:3的LiF和LiCl混合溶剂;步骤B4和B6中,所述精炼采用的精炼剂为六氯乙烷。
6.根据权利要求4所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,步骤B中,所述浇铸温度为710-730℃。
7.根据权利要求3所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,步骤C中,所述均匀化处理为三级均匀化,温度和时间为:470-490℃保温10-15小时、500-520℃保温10-15小时、530-550℃保温2-4小时。
8.根据权利要求3所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,步骤D中,所述挤压成型的条件包括:挤压温度为400-500℃,模具温度低于挤压温度25-30℃;挤压比为4:1-100:1。
9.根据权利要求3所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,步骤E中,所述固溶处理为强化固溶,先在460-480℃保温0.25-0.5小时,再以1℃/min升温至520-540℃,再保温0.25-0.5小时。
10.根据权利要求3所述的复合添加多种稀土元素的高强韧性变形铝锂合金的制备方法,其特征在于,步骤F中,所述多级时效处理的条件为:室温预变形量为3-4.5%,低温预时效为90-100℃保温4-6小时;高温时效为145-155℃保温20-28小时,然后170-180℃保温6-8小时。
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