CN110387513A - 一种高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，首先将制备的二元铝锂合金铸锭进行均匀化处理；然后利用累积叠轧加工技术，将铝锂合金预轧后得到2mm厚的板材，将板材经表面处理后，将两块板材叠起来后用铝丝固定两端，在室温下轧制为厚度为2mm的板材，重复此过程至五道次，最终得到厚为2mm的多层二元铝锂合金板材；最后进行时效处理。累积叠轧加工变形和时效热处理工艺相互促进。使得在不添加稀土等其它合金化元素的情况下，在最简单的二元铝锂合金成分基础上获得了优异的强度及塑性，其抗拉强度可达到353MPa，延伸率达到11.7％。这种工艺极大的降低了成本，且工艺简单，易实现工业化生产。

Description

一种高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法
技术领域
本发明涉及一种合金形变热处理方法，尤其涉及一种高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，属于铝锂合金形变热处理领域。
背景技术
合金化对于发展传统工程材料发挥了巨大的作用。为了满足人类社会发展对于材料性能不断提出的新要求,材料中添加的合金元素越来越多,元素周期表中几乎所有可能的元素都被用于材料的合金化。但是,材料的高度合金化不但使材料发展越来越依赖资源,也使材料的回收再利用变得愈发困难。当前,资源短缺使得材料的可持续性受到广泛关注,而回收再利用是其中的关键环节之一。合金化带来的另一个问题是材料成本的急剧增加,尤其是添加了稀土元素的合金材料。此外,合金元素的加入对材料性能的提升作用也逐渐趋于饱和。过度依赖合金化的现代材料技术似乎陷入了这样一种窘境：为了获得更好的使役性能,材料中添加的合金元素越来越多；与此同时,又不得不承受材料成本增加和回收难度急剧攀升的问题。在此背景下，材料的“素化”越来越受到人们的重视，即不(或少)依赖合金化并大幅度提高材料的综合性能。在材料成分尽可能简单的前提下,通过调控材料内部的缺陷(如：位错、层错等)密度来制造出高性能可持续发展的“素材料”。
累积叠轧技术(ARB)能在变形过程中产生大量位错，提高材料的力学性能。时效处理能使合金析出强化相，也能提高材料的力学性能。通过调控累积叠轧加工变形和时效热处理工艺良好的结合，能更进一步提高材料的力学性能，从而使材料在不依赖于合金化的前提下仍能获得优异的力学性能。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种降低成本、工艺简单的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：二元铝锂合金的制备；
步骤二：将制备的二元铝锂合金铸锭进行均匀化处理；
步骤三：将步骤二得到的铝锂合金切成5mm厚的板材，在400℃预轧后得到2mm厚的板材并切成多块尺寸为100mm×30mm×2mm的轧板；
步骤四：将步骤三得到的100mm×30mm×2mm尺寸的板材经表面处理后，将两块板材叠起来后用铝丝固定两端，在室温下轧制为厚度为2mm的板材，将得到板材重新切成与初始板材大小一致，重复此过程至五道次，最终得到厚为2mm的多层二元铝锂合金板材；
步骤五：将步骤四所得的厚为2mm的板材进行时效处理。
本发明还包括这样一些特征：
所述二元铝锂合金的成分和质量百分含量为Li：1.5-3.0％，其余为铝；
所述步骤二中的均匀化处理的具体工艺为：均匀化处理温度为450-550℃，均匀化处理的时间为8-24h；
述步骤三中的轧制过程中轧辊转速为78.5-157.0mm/s，每次轧制下压量均为1mm；
所述步骤四中的表面处理具体为在丙酮浴中脱脂处理后然后将其表面刮刷，所述轧制过程中轧辊转速为78.5-157.0mm/s，每道次轧制下压率均为50％；
所述步骤五中的时效热处理的具体工艺为：时效温度为120-190℃，时效时间为0-96h，时效后取出的试样淬火冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用二元铝锂合金在经过累积叠轧(ARB)技术，在其变形过程引入了大量的位错。然后通过时效处理后，强化相大量地在高密度位错处形核析出，从而使第二相析出速度加快。同时强化相的形成又对位错的运动起到钉扎作用。累积叠轧加工变形和时效热处理工艺相互促进。使得在不添加稀土等其它合金化元素的情况下，在最简单的二元铝锂合金成分基础上获得了优异的强度及塑性，其抗拉强度可达到353MPa，延伸率达到11.7％。这种工艺极大的降低了成本，且工艺简单，易实现工业化生产。
附图说明
图1是在不同累积叠轧道次和时效制度下的抗拉强度；
图2是不同累积叠轧道次和时效制度下的延伸率。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明就是通过结合累积叠轧加工变形和时效热处理工艺来获得高强高韧的二元铝锂合金。
实施案例1：
一种二元铝锂合金板材，其成分和质量百分含量为Li：2％，其余为铝。在550℃下均匀化16小时，获得均匀的组织和性能。
然后将其切成5mm厚的板材，然后将其在400℃预轧为2mm厚的板材。将轧板切成尺寸为100mm×30mm×2mm，使其在丙酮浴中脱脂，并将其表面打磨光亮。然后将两块铝锂合金板材叠起来并用细铝丝将两端固定，在室温下重新以50％的下压量轧制成2mm厚的板材，将得到板材重新切成与初始板材大小一致，重复上述过程五次，通过多道次累积叠轧工艺最终获得2mm厚的层状板材。
将上述最终获得板材在温度为120℃时效0-96小时，得到该合金在时效72小时时达到峰时效。
最终获得的二元铝锂合金板材经检测分析，该合金在120℃时效72小时时获得最优的性能组合，其抗拉强度达到353MPa，延伸率达到11.7％。
实施案例2：
一种二元铝锂合金板材，其成分和质量百分含量为Li：2％，其余为铝。在550℃下均匀化16小时，获得均匀的组织和性能。
然后将其切成4mm厚的板材，然后将其在400℃下预轧为2mm厚的板材。将轧板切成尺寸为100mm×30mm×2mm，使其在丙酮浴中脱脂，并将其表面打磨光亮。然后将两块铝锂合金板材叠起来并用细铝丝将两端固定，在室温下以50％的下压量轧制成2mm厚的板材，将得到板材重新切成与初始板材大小一致，重复上述过程五次，通过多道次累积叠轧工艺最终获得2mm厚的层状板材。
将上述最终获得板材在温度为150℃时效0-96小时，得到该合金在时效2小时时达到峰时效。
最终获得的二元铝锂合金板材经检测分析，该合金在150℃时效2小时时获得最优的性能组合，其抗拉强度达到330MPa，延伸率达到13.5％。
综上所述：本发明属于铝锂合金形变热处理领域，涉及一种制备高强高韧的二元铝锂合金形变热处理工艺。为实现本发明的目的，获得一种“素化”的高性能铝锂二元合金，采用的技术方案是：首先将制备的二元铝锂合金铸锭进行均匀化处理；然后利用累积叠轧加工技术，将铝锂合金预轧后得到2mm厚的板材，将板材经表面处理后，将两块板材叠起来后用铝丝固定两端，在室温下轧制为厚度为2mm的板材，重复此过程至五道次，最终得到厚为2mm的多层二元铝锂合金板材；最后进行时效处理。本发明通过累积叠轧(ARB)加工变形和时效热处理工艺优良的结合,使得在不添加稀土等合金化元素的情况下，在最简单的二元铝锂合金成分基础上获得了优异的强度及塑性，这种工艺极大的降低了成本，且工艺简单，易实现工业化生产。

Claims (9)

1.一种高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：二元铝锂合金的制备；
步骤二：将制备的二元铝锂合金铸锭进行均匀化处理；
步骤三：将步骤二得到的铝锂合金切成5mm厚的板材，在400℃预轧后得到2mm厚的板材并切成多块尺寸为100mm×30mm×2mm的轧板；
步骤四：将步骤三得到的100mm×30mm×2mm尺寸的板材经表面处理后，将两块板材叠起来后用铝丝固定两端，在室温下轧制为厚度为2mm的板材，将得到板材重新切成与初始板材大小一致，重复此过程至五道次，最终得到厚为2mm的多层二元铝锂合金板材；
步骤五：将步骤四所得的厚为2mm的板材进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述二元铝锂合金的成分和质量百分含量为Li：1.5-3.0％，其余为铝。
3.根据权利要求1或2所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤二中的均匀化处理的具体工艺为：均匀化处理温度为450-550℃，均匀化处理的时间为8-24h。
4.根据权利要求1或2所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤三中的轧制过程中轧辊转速为78.5-157.0mm/s，每次轧制下压量均为1mm。
5.根据权利要求3所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤三中的轧制过程中轧辊转速为78.5-157.0mm/s，每次轧制下压量均为1mm。
6.根据权利要求1或2所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤四中的表面处理具体为在丙酮浴中脱脂处理后然后将其表面刮刷，所述轧制过程中轧辊转速为78.5-157.0mm/s，每道次轧制下压率均为50％。
7.根据权利要求3所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤四中的表面处理具体为在丙酮浴中脱脂处理后然后将其表面刮刷，所述轧制过程中轧辊转速为78.5-157.0mm/s，每道次轧制下压率均为50％。
8.根据权利要求1或2所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤五中的时效热处理的具体工艺为：时效温度为120-190℃，时效时间为0-96h，时效后取出的试样淬火冷却至室温。
9.根据权利要求3所述的高强高韧二元铝锂合金形变热处理方法，其特征是，所述步骤五中的时效热处理的具体工艺为：时效温度为120-190℃，时效时间为0-96h，时效后取出的试样淬火冷却至室温。
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