CN110423927A - 一种超高强铝锂合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高强铝锂合金及其制备方法。所述合金以质量百分比包括下述组分:Cu 4.3~5.2%,Li 0.8~1.2%,Mg 0.3~0.7%,Ag 0.1~0.5%,Zn 0.81~1.5%,Mn 0.1~0.2%,Zr 0.1~0.2%,Sc 0.09~0.3%,Cu/Li质量分数比4.3~6.5,余量为Al。其制备方法为:按设计的铝合金组分配比,称取各组分,采用大气熔炼或真空熔炼铸造成型铸锭,然后再经过多级均匀化处理、热挤压变形、逐步升温固溶、冷轧变形、时效处理。本发明制备出了比现有铝锂合金性能更为优越的产品,所述产品具有高屈服强度、高硬度、高弹性模量、可热处理强化等特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高强铝锂合金及其制备方法;属于金属材料制备技术领域。
背景技术
在铝合金中每添加1wt%Li,可使合金密度降低3%,而弹性模量提高6%,而且具有较好的固溶强化效果。因此,铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、抗疲劳耐腐蚀性能等优点。用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10%~15%,刚度提高15%~20%,是一种理想的航空航天结构材料。随着我国航天事业的发展,低密度新型的铝合金不断得到发展,但现有的铝锂合金生产存在难度大、成本高、强度低等问题。
铝锂合金目前已发展到第三代Al-Cu-Li系合金,主要通过调控合金中的主合金化元素与微合金化元素含量,同时通过加工变形与形变热处理,来提高其综合性能。中国专利(专利号201380023370.0)公开了新的2xxx铝锂合金,所述铝合金包含3.5-4.4wt.%Cu、0.45-0.75wt.%Mg、0.45-0.75wt.%Zn、0.65-1.15wt.%Li,该合金是一种低锌含量的铝锂合金,Zn/Mg质量分数比在0.60-1.67之间,同时该合金要求镁含量低于1%,但合金的断裂韧性低。中国专利(专利号201810444457.X)公开了一种高Zn含量的高强韧性挤压变形铝锂合金及其制备方法,合金中各组分为:Zn 4.1-5.5%、Cu 2-4.5%、Mg 2-3%、Li 1-2%、Zr0.1-0.5%,但该合金中镁含量超过了2%,会导致T1相大量在晶界析出,降低了晶界的强度,从而使合金的断裂韧性降低。中国航发北京航空材料研究院在其专利CN107779705A一种铝锂合金及轧制方法、CN107779706A一种铝锂合金及挤压方法、CN108004445B一种铝锂合金及锻造方法中开发了一种合金,其成分的质量分数为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。其能够满足目前的需求,但其强度最高值仅为663MPa;且未涉及弹性模量等关键参数的优化。随着人们对铝锂合金强度和弹性模量等综合力学能要求的越来越高,如何满足下一代飞行器械的要求,也就成为了铝锂合金研究的重点和难点,基于此本发明提出一种抗拉强度大于680MPa、弹性模量为77~81GPa的新型超高强铝锂合金。
发明内容
本发明为了满足下一代飞行器械的要求,设计并制备一种抗拉强度大于680MPa、弹性模量为77-81GPa的新型超高强铝锂合金。
本发明通过调控主元素(Li,Cu)含量及比例、微量强化元素(Mg,Ag,Zn)与晶粒控制元素(Zr,Mn,Sc)的含量,结合适当的多级均匀化退火工艺、逐步升温固溶工艺、冷轧变形及时效处理的工艺条件,获得力学性能优良的时效强化型铝锂合金,制得的此类铝合金具有优越的室温拉伸强度、硬度、弹性模量等综合机械性能。适量的Cu、Li及二者的比例有助于获得δ′(Al3Li)、θ′(Al2Cu)、T1(Al2CuLi)相混合组织,获得更高强度。高Cu含量的加入具有的两方面的作用:一是能使δ′相的层错能升高,位错从原来的切过机制转而变为绕过机制,减少了共面滑移,从而有利于发生均匀变形,改善了合金的塑性,另一方面能够促进δ′相和Tl相的形核与析出,T1相尺寸较大不易被位错切过能够显著提高合金的强度。适量的Mg、Ag同时添加有助于T1相形成,抑制δ′相向平衡相δ转变,从而减小晶界沉淀无析出带的有害作用,但Mg含量过多时T1相将会在晶界处优先析出,导致合金脆性剧增,塑性严重下降。Cu和Mg同时加易形成针状亚稳相S′(A12CuMg)相,有效地防止发生共面滑移,提高了合金的强度和韧性。适量的Zr、Mn、Sc在适当的多级均匀化处理时弥散析出成适量的Al3Zr、Al20Cu2Mn3、Al6Mn、Al3Sc粒子,控制再结晶,减小应变局域化(应变局域化降低强度)。Mn还可以消除杂质元素Fe的不利影响并提高合金的耐腐蚀性。Sc净化合金、细化晶粒的作用,又有过渡族元素抑制再结晶的作用,能够改变δ′(Al3Li)、S′(A12CuMg)等主要强化相的形貌、尺寸和分布状况,改变了裂纹产生的位置和扩展途径,从而提高合金的耐损伤性能。Zn具有固溶强化和时效强化作用,在铝锂合金中加Zn可形成η′(Mg2Zn)相,这是一种强化效果较大的强化相;Zn还能促进S′和T1相的析出,从而提高其强塑性。
本发明一种超高强铝锂合金,以质量百分比包括下述组分:Cu 4.3~5.2%,Li0.8~1.2%,Mg 0.3~0.7%,Ag 0.1~0.5%,Zn 0.81~1.5%,Mn 0.1~0.2%,Zr 0.1~0.2%,Sc 0.09~0.3%,Cu/Li质量分数比4.3~6.5,余量为Al。经优化后,所述超高强铝锂合金的抗拉强度大于680MPa、弹性模量为77~81GPa。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金,以质量百分比包括下述组分:Cu4.86%,Li 0.87%,Mg0.5%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.2%,Zr 0.15%,Sc 0.09%,余量为Al。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金,以质量百分比包括下述组分:Cu4.3%,Li 1%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 0.81%,Mn 0.15%,Zr 0.15%,Sc 0.09%,余量为Al。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金,以质量百分比包括下述组分:Cu5.2%,Li 1%,Mg 0.45%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.15%,Zr 0.1%,Sc 0.15%,余量为Al。
本发明公开了一种超高强铝锂合金的制备方法,按设计的铝合金组分配比,称取各组分,采用大气熔炼或真空熔炼把铝、锂、铝铜中间合金、镁、银、铝锆中间合金、铝锰中间合金、铝钪中间合金及锌熔化,并除气除渣,浇铸成型铸锭,然后把铸锭经过多级均匀化处理、热挤压变形、逐步升温固溶、冷轧变形及时效处理。成分配比合理,工艺操作安全成本较低,所制备的铝合金具有良好的综合力学性能。
本发明一种超高强铝锂合金制备方法,包括下述步骤:
按设计的铝合金组分配比,称取各组分,采用大气熔炼或真空熔炼把铝、锂、铝铜中间合金、镁、银、铝锆中间合金、铝锰中间合金、铝钪中间合金及锌熔化,并除气除渣,浇铸成型铸锭,然后把铸锭经过多级均匀化处理、热挤压变形、多级固溶、冷轧变形及时效处理。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;浇铸成型的铝锂合金铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:加热到380~420℃保温1~5h,然后加热到450~480℃保温5~10h,再加热到490~510℃保温12~24h。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;均匀化退火的铸锭进行热挤压成板材,挤压温度为430~460℃,挤压比为5~20。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到400~450℃保温1~2h,然后加热到470~490℃保温0.5~1h,再加热到510~530℃保温0.5~1h。固溶处理完后,水冷至室温。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量3~20%。
作为优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度130~170℃,时间10~50h。
作为进一步的优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;当设计的合金以质量百分比包括下述组分:Cu 4.86%,Li 0.87%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn0.2%,Zr 0.15%,Sc 0.09%,余量为Al时;其制备方法为:在真空下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钪中间合金纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形;铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:400℃保温5h,然后加热到480℃保温5h,再加热到510℃保温12h;退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1.5h,然后加热到490℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h;固溶处理完后,水冷至室温;然后进行冷轧变形,冷轧变形量为20%;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间30h,得到成品。
作为进一步的优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;当设计的合金以质量百分比包括下述组分:Cu 4.3%,Li 1%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 0.81%,Mn 0.15%,Zr 0.15%,Sc 0.09%,余量为Al;其制备方法为:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形;铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h;退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h;固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。在上述两个进一步的优选方案中,由于工艺和组分配合得当,使其产品的性能得到显著的提升。这大大超出了实验前的预计。
作为进一步的优选方案,本发明一种超高强铝锂合金制备方法;当设计的合金以质量百分比包括下述组分:Cu 5.2%,Li 1%,Mg 0.45%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.15%,Zr 0.1%,Sc 0.15%,余量为Al;其制备方法为:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形;铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h;退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。;固溶处理完后,水冷至室温;逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。
采用本工艺方法制备铝锂合金在经过后续的形变热处理后,最大抗拉强度达到700MPa以上,屈服强度超过630MPa,伸长率达到12%,弹性模量达到81GPa。
采用本工艺方法制备的铝锂合金,通过调控主元素(Li,Cu)含量及比例、微量强化元素(Mg,Ag,Zn)与晶粒控制元素(Zr,Mn,Sc)的含量、多级均匀化退火工艺、逐步升温固溶工艺、冷轧变形及时效处理的工艺条件,获得力学性能优良的时效强化型铝锂合金,制得的此类铝合金具有优越的室温拉伸强度、伸长率、弹性模量等综合机械性能。
本发明的特点:
本发明采用熔炼铸造及形变热处理方法,以Al-Cu-Li-Mg系合金为基础,通过调控主元素(Li,Cu)含量及比例、微量强化元素(Mg,Ag,Zn)与晶粒控制元素(Zr,Mn,Sc)的含量、多级均匀化退火工艺、逐步升温固溶工艺、冷轧变形及时效处理的工艺条件,获得力学性能优良的时效强化型铝锂合金,制得的此类铝合金具有优越的室温拉伸强度、伸长率、弹性模量等综合机械性能。该合金的强化相为时效析出相[T1(Al2CuLi)、δ′(Al3Li)、θ′(Al2Cu)以及S′(A12CuMg)]以及弥散相(Al3Zr、Al20Cu2Mn3、Al3Sc)。时效析出相与弥散相的共同作用,可保证材料具有较高室温拉伸强度、伸长率与弹性模量,从而获得优良的综合性能。
附图说明
图1为本发明合金的典型显微组织;
图2为本发明合金在室温下的典型拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
对比例1
合金的组份及其重量百分比为2%Li-3%Cu-3%Mg-0.25%Zr-5%Zn,Cu/Li的质量分数比为1.5。在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯锂放入熔炼炉中熔化,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭直接在500℃下单级均匀化退火48h。退火后的铸锭然后430℃以挤压比10挤压成板材,板材在520℃单级固溶1h,水冷至室温,固溶淬火处理后的材料在160℃时效处理36h,得到成品。其性能如表1所示。
对比例2
合金的组份及其重量百分比为1.3%Li-5.85%Cu-0.4%Mg-0.4%Ag-0.14%Zr,Cu/Li的质量分数比为3.6。在真空环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯锂放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形。铸锭在490℃下单级均匀化退火36h。退火后的铸锭然后420℃以挤压比10挤压成板材,板材在520℃单级固溶60min,水冷至室温,固溶淬火处理后的材料预拉伸变形3%,然后在160℃时效处理36h,得到成品。其性能如表1所示。
对比例3
合金的组份及其重量百分比为1%Li-4%Cu-0.5%Mg-0.15%Zr-0.5%Ag-0.3Mn-0.8Zn,Cu/Li的质量分数比为4。在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭在500℃下单级均匀化退火30h。退火后的铸锭然后430℃以挤压比10挤压成板材,板材在530℃单级固溶60min,水冷至室温,固溶淬火处理后的材料预拉伸变形3%,在160℃时效处理32h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例1
合金的组份及其重量百分比为0.8%Li-4.3%Cu-0.3%Mg-0.1%Zr-0.1%Mn-0.81%Zn-0.1%Ag-0.09Sc,Cu/Li的质量分数比为5.4。制备方法如下:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:400℃保温5h,然后加热到450℃保温10h,再加热到490℃保温24h。退火后的样品430℃以挤压比5挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到400℃保温1h,然后加热到470℃保温1h,再加热到510℃保温1h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量3%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度130℃,时间50h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例2
合金的组份及其重量百分比为1.2%Li-5.2%Cu-0.6%Mg-0.2%Zr-0.2%Mn-0.5%Zn-0.5%Ag-0.1Sc,Cu/Li的质量分数比为4.3。制备方法如下:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温1h,然后加热到480℃保温5h,再加热到510℃保温12h。退火后的样品460℃以挤压比20挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1.5h,然后加热到490℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度170℃,时间10h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例3
合金的组份及其重量百分比为1.0%Li-4.5%Cu-0.7%Mg-0.2%Zr-0.2%Mn-1.5%Zn-0.5%Ag-0.3Sc,Cu/Li的质量分数比为4.5。制备方法如下:在真空下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:380℃保温5h,然后加热到460℃保温7.5h,再加热到500℃保温24h。退火后的样品440℃以挤压比12.5挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到425℃保温2h,然后加热到480℃保温1h,再加热到530℃保温1h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量15%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间35h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例4
合金的组份及其重量百分比为1.0%Li-5.2%Cu-0.45%Mg-0.15%Zr-0.15%Mn-0.9%Zn-0.4%Ag-0.15Sc,Cu/Li的质量分数比为5.2。制备方法如下:在真空下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:400℃保温3h,然后加热到450℃保温5h,再加热到500℃保温24h。退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到430℃保温1h,然后加热到470℃保温0.7h,再加热到530℃保温0.7h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度150℃,时间40h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例5
合金的组份及其重量百分比为0.9%Li-4.8%Cu-0.5%Mg-0.15%Zr-0.15%Mn-0.9%Zn-0.3%Ag-0.15Sc,Cu/Li的质量分数比为5.3。制备方法如下:在真空下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钪中间合金纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:400℃保温5h,然后加热到480℃保温5h,再加热到510℃保温12h。退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1.5h,然后加热到490℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度150℃,时间40h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例6
合金的组份及其重量百分比为0.87%Li-4.6%Cu-0.6%Mg-0.2%Zr-0.2%Mn-1.0%Zn-0.3%Ag-0.09Sc,Cu/Li的质量分数比为5.3。制备方法如下:在真空下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钪中间合金纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:400℃保温5h,然后加热到480℃保温5h,再加热到510℃保温12h。退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1.5h,然后加热到490℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量20%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间30h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例7
合金的组份及其重量百分比为1%Li-4.3%Cu-0.5%Mg-0.15%Zr-0.15%Mn-0.81%Zn-0.3%Ag-0.09Sc,Cu/Li的质量分数比为4.3。制备方法如下:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h。退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例8
合金的组份及其重量百分比为0.8%Li-5.2%Cu-0.4%Mg-0.1%Zr-0.1%Mn-1.2%Zn-0.3%Ag-0.1Sc,Cu/Li的质量分数比为6.5。制备方法如下:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h。退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。其性能如表1所示。
实施例9
合金的组份及其重量百分比为1.0%Li-5.2%Cu-0.45%Mg-0.1%Zr-0.1%Mn-1.0%Zn-0.3%Ag-0.15Sc,Cu/Li的质量分数比为5.4。制备方法如下:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形。铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h。退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材。热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%。冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。其性能如表1所示。
表1本发明合金的室温性能
比较实施例与对比例的性能参数值,可以看出:本发明制备的超高强铝锂合金的抗拉缩强度、屈服强度、伸长率及弹性模量等综合性能明显高于对比实施例合金。本发明通过优化后的方案(如实施例6、7、9),其所得产品的性能远远优于对比例和其他实施例的性能。
Claims (9)
1.一种超高强铝锂合金,其特征在于:以质量百分比包括下述组分:Cu 4.3~5.2%,Li0.8~1.2%,Mg 0.3~0.7%,Ag 0.1~0.5%,Zn 0.81~1.5%,Mn 0.1~0.2%,Zr 0.1~0.2%,Sc 0.09~0.3%,Cu/Li质量分数比4.3~6.5,余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种超高强铝锂合金,其特征在于:以质量百分比包括下述组分:Cu 4.86%,Li 0.87%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.2%,Zr 0.15%,Sc0.09%,余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种超高强铝锂合金,其特征在于:以质量百分比包括下述组分:Cu 4.3%,Li1%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 0.81%,Mn 0.15%,Zr 0.15%,Sc 0.09%,余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种超高强铝锂合金,其特征在于:以质量百分比包括下述组分:Cu 5.2%,Li 1%,Mg 0.45%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.15%,Zr 0.1%,Sc 0.15%,余量为Al。
5.制备权利要求1-4任意一项所述的一种超高强铝锂合金的方法,其特征在于;包括下述步骤:
按设计的铝合金组分配比,称取各组分,采用大气熔炼或真空熔炼把铝、锂、铝铜中间合金、镁、银、铝锆中间合金、铝锰中间合金、铝钪中间合金及锌熔化,并除气除渣,浇铸成型铸锭,然后把铸锭经过多级均匀化处理、热挤压变形、逐步升温固溶、冷轧变形及时效处理。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:
浇铸成型的超高强铝锂合金铸锭进行多级均匀化退火处理,得到均匀化退火的铸锭;退火工艺为:加热到380~420℃保温1~5h,然后加热到450~480℃保温5~10h,再加热到490~510℃保温12~24h;
均匀化退火的铸锭进行热挤压成板材,挤压温度为430~460℃,挤压比为5~20;
热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到400~450℃保温1~2h,然后加热到470~490℃保温0.5~1h,再加热到510~530℃保温0.5~1h。固溶处理完后,水冷至室温;
逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量3~20%;
冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度130~170℃,时间10~50h。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于;当设计的合金以质量百分比包括下述组分:Cu 4.86%,Li 0.87%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.2%,Zr 0.15%,Sc0.09%,余量为Al时;其制备方法为:在真空下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钪中间合金纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,静置浇铸成形;铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:400℃保温5h,然后加热到480℃保温5h,再加热到510℃保温12h;退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1.5h,然后加热到490℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h;固溶处理完后,水冷至室温;然后进行冷轧变形,冷轧变形量为20%;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间30h,得到成品。
8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于;当设计的合金以质量百分比包括下述组分:Cu 4.3%,Li 1%,Mg 0.5%,Ag 0.3%,Zn 0.81%,Mn 0.15%,Zr 0.15%,Sc 0.09%,余量为Al;其制备方法为:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形;铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h;退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h;固溶处理完后,水冷至室温。逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。
9.根据权利要求5所述的方法,其特征在于;当设计的合金以质量百分比包括下述组分:Cu 5.2%,Li 1%,Mg 0.45%,Ag 0.3%,Zn 1.0%,Mn 0.15%,Zr 0.1%,Sc 0.15%,余量为Al;其制备方法为:在大气环境下,依次将纯铝、铝铜中间合金、铝锆中间合金、纯锌、纯镁、纯银放入熔炼炉中熔化,并在表面撒入覆盖剂;再将纯锂压入上述熔化的合金熔体中,采用氩气除气除渣精炼,静置浇铸成形;铸锭进行多级均匀化退火处理,退火工艺为:420℃保温3h,然后加热到470℃保温8h,再加热到500℃保温24h;退火后的样品450℃以挤压比10挤压成板材;热挤压板材合金进行逐步升温固溶及淬火处理,固溶工艺为:加热到450℃保温1h,然后加热到500℃保温0.5h,再加热到530℃保温0.5h。;固溶处理完后,水冷至室温;逐步升温固溶及淬火后的材料进行冷轧变形,变形量10%;冷轧变形后的样品进行时效处理,时效温度160℃,时间36h,得到成品。
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