CN110423964A

CN110423964A - 一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺

Info

Publication number: CN110423964A
Application number: CN201910747393.5A
Authority: CN
Inventors: 聂祚仁; 程璐; 高坤元; 文胜平; 黄晖; 吴晓蓝; 丁宇升; 田东辉; 于天然
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2019-11-08

Abstract

一种Al‑Mg‑Li‑Yb合金时效处理工艺，属于有色金属技术领域。通过时效热处理使得Al₃Li强化相大量弥散析出，使合金可以产生明显的强化效果。合金的各组分按质量百分比分别为Mg 2.70～2.80％，Li 1.20％～1.50％，Yb 0.13％～0.17％，不可避免杂质<0.1％，余量为Al。步骤为：合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后，120℃～150℃/3～5天时效，使得合金硬度达到100HV以上，相比固溶态硬度提高约38Hv。

Description

一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺。

背景技术

铝锂合金在航空航天领域具有非常广泛的应用，主要原因在于其低密度、高比强度、焊接性能优良和疲劳性能优良等特点。每1at.％Li元素添加入铝合金中可以降低铝合金3％的密度，提高其6％的弹性模量。根据资料显示，航空航天领域采用铝锂合金后使得结构件质量减轻10～20％，并且节约了大量的燃料成本、飞行费用和制造成本等。例如在空客A380中，使用2055和2060铝锂合金代替AA2024-T3和AA7075-T6合金应用于飞机的机身和高低机翼等位置。在C919客机上采用2196、2198、2099铝锂合金应用于飞机的纵梁、蒙皮和桁架等。

铝锂合金的主要强化作用来自于弥散析出的AL3Li亚稳相，提高Li的含量，Al3Li析出相的数目越多，强度提升越明显，但同时由于Li含量过高，引起的共面滑移会对合金的塑韧性产生不利的影响。且当降低Li含量时，由于Al3Li是亚稳相，析出驱动力较低，析出相难以弥散析出，起到明显的强化作用。

为了解决低Al₃Li相难以析出的问题，通过在铝锂合金中添加Cu或Mg等合金元素来改善，如Mg元素合金化后，不仅可以产生明显的固溶强化效果，亦可降低Li在Al基体中的固溶度，增加Al3Li相的析出的体积分数，提高合金的强化效果。Al-Mg-Li合金中最具代表性的是前苏联的1420系列，由于1420合金在铝锂合金中比重最小，并且可以在提高刚度的同时，减轻自身重量20％-25％，具有优良的力学性能、焊接性能和耐腐蚀性能，在MIG-29、SU-35等飞行器上大量应用，是非常优秀的航空航天的结构材料。在Al-Mg-Li合金的基础上加入稀土元素Yb，促进Al3Li相的析出，提高强化效果，由于Yb在Al中扩散速率较快，可以采用单级时效工艺，且Al-Yb合金成本低，产生强化效果的同时明显降低生产成本。因此，本专利针对这种Li含量低至1.20～1.50wt％的Al-Mg-Li-Yb合金，设计其时效热处理工艺。

发明内容

本发明提供一种低Li含量的Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺，该工艺可使合金硬度达到100HV以上。

本发明提供的一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺，合金的各组分按质量百分比分别为Mg 2.70％～2.80％，Li 1.20％～1.50％，Yb 0.13％～0.17％，不可避免杂质<0.1％，余量为Al。步骤为：合金铸造完成，均匀化及固溶处理后，合金在额定功率为2.4KW的时效炉在100℃～200℃范围内进行15分钟到10天的等温时效处理，并对其显微硬度进行测试。

合金优选120℃～150℃/3～5天时效处理，合金硬度达到100HV以上，相比固溶态硬度约提升38Hv。

本发明技术方案的优点在于：

本发明提供的一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺，固溶处理后将合金在120℃～150℃/3～5天单级时效处理，可使合金硬度达到100HV以上，相比固溶态硬度约提升38Hv，并且时效成本较低，性价比较高。

附图说明

图1 Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金在100℃时效硬度曲线

图2 Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金在120℃时效硬度曲线

图3 Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金在150℃时效硬度曲线

图4 Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金在180℃时效硬度曲线

图5 Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金在200℃时效硬度曲线

图6 Al-2.76Mg-1.35Li-0.15Yb合金单位硬度提升所需时效成本曲线和硬度提高曲线

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

合金的各组分按质量百分比分别为Mg 2.76％，Li 1.35％，Yb 0.15％，不可避免杂质<0.1％，余量为Al。步骤为：合金铸造完成，均匀化及固溶处理后，在120℃时效，硬度曲线如图2所示，时效5天后合金硬度达100HV以上，硬度最高约为102HV，比固溶态约提高了38Hv，且合金的时效成本较低，根据如图6所示，提升单位硬度所需的时效成本较低，在硬度明显提高的同时，保持较高的性价比。

实施例2

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在150℃时效，硬度曲线如图3所示，时效3天后合金硬度达100HV以上，硬度最高约为101HV，比固溶态约提高了37Hv，且合金的时效成本低。根据图6所示，合金的提高单位硬度所需时效成本低，性价比高。

实施例3

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在100℃时效，硬度曲线如图1所示，时效7天后合金硬度达100HV以上，硬度最高约为102HV，相比于固溶态，硬度提高了38Hv，虽然合金硬度得到明显提升，但时效时间过长，导致时效成本会大幅增加，性价比较低，如图6所示。

实施例4

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在180℃时效，硬度曲线如图4所示，硬度值在2天达到最大值75HV，相比于固溶态，硬度仅提高了11Hv，之后随着时效时间的延长硬度值随之下降，如图6所示，合金的提高单位硬度所需时效成本高，性价比较低。

实施例5

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在200℃时效，硬度曲线如图5所示，硬度值在4小时达到最大值67HV，如图6所示，虽然合金的时效时间较短，时效成本较低，但相比于固溶态，硬度没有明显提高，没有明显的强化效果。

综上所述，本发明提供的一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺为：120～150℃/3～5天等温时效处理，通过该工艺，使Al-Mg-Li-Yb合金可以在120～150℃时效温度范围硬度保持在100HV以上，并且提升单位硬度所需的时效工艺成本较低，性价比较高。

Claims

1.一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺，其中Mg在合金中的质量百分比为2.70％～2.80％，合金的其他组分按质量百分比分别为Li 1.20％～1.50％，Yb 0.13％～0.17％，不可避免杂质<0.1％，余量为Al，其特征在于：合金铸造完成，均匀化及固溶处理后进行100℃～200℃范围内15分钟到10天的时效处理。

2.按照权利要求1的所述的一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺，其特征在于，在120～150℃时效处理3～5天。

3.按照权利要求2的所述的一种Al-Mg-Li-Yb合金时效处理工艺，其特征在于，所得合金硬度保持在100Hv以上。