CN111020322A - 一种高强高韧航天用铝锂合金板材及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强高韧航天用铝锂合金板材及制造方法，该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：3.7‑4.3％、Li：1.1％‑1.45％、Zn：0.12％‑0.25％、Mg：0.25％‑0.8％、Zr：0.08％‑0.16％、Ag：0.25％‑0.6％、Ti：0.08％‑0.12％、余量为Al；采用喷射成形技术制备铝锂合金板材，实现高质量和高成品率的新型铝锂合金，并采用特殊工艺生产高强度的航天用铝锂合金板材，以满足航天工艺的需求。铝锂合金板材组织为典型的纤维状组织，尺寸均匀，固溶时效后的抗拉强度为660MPa，规定非比例延伸强度为630MPa，断后伸长率最高为15％。解决了现有工艺生产铝锂合金存在铸造成形难度大和现有铝锂合金的强度低的问题。

Description

一种高强高韧航天用铝锂合金板材及制造方法
技术领域
本发明属于铝合金制备工艺，尤其涉及一种高强高韧航天用铝锂合金板材及制造方法。
背景技术
铝锂合金具有低密度、高弹性模量、高比强度和比刚度特点，还具有良好的疲劳性能、优良的高温和低温性能、优异的耐腐蚀性能、卓越的塑性成形性能和良好的焊接性等诸多优异性能。因此，铝锂合金成为航天领域最具潜力的金属结构材料。铝锂合金产品应用问题产生的核心来源于铝锂合金铸锭质量。熔铸是目前铝锂合金的主要生产方法，国内外生产铝锂合金的公司包括美国铝业、加拿大铝业、法国普基铝业、西南铝业等都是采用该方法。铝锂合金熔铸存在以下产品缺陷及工艺难题：化学成分严重偏析、H含量偏高、非金属夹杂难以避免、易产生冷隔、开裂缺陷、异常粗大晶粒、漏流燃烧甚至爆炸风险等。且现有铝锂合金的抗拉强度小于500MPa，断后伸长率最高仅为7％。
随着我国航天技术的发展进步，对先进铝锂合金板材具有广泛的需求。国外铝锂合金产业相对比较成熟，但对生产过程及工艺严格保密，而我国的铝锂合金发展缓慢，严重制约了航天结构铝合金选材。为了解决我国航天事业的发展需求，现需要一种高强高韧航天用铝锂合金。
发明内容
本发明的目的是解决现有工艺生产铝锂合金质量差及成品率低的问题，且现有铝锂合金板材的强度低，韧性差的问题，提出一种航天铝锂合金及铝锂合金板材制造方法。
本发明采用如下技术方案：
提供一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：3.7-4.3％、Li：1.1％-1.45％、Zn：0.12％-0.25％、Mg：0.25％-0.8％、Zr：0.08％-0.16％、Ag：0.25％-0.6％、Ti：0.08％-0.12％、余量为Al；
该铝锂合金板材制造方法按以下步骤进行：
S1：按元素的质量百分比为：Cu：3.7-4.3％、Li：1.1％-1.45％、Zn：0.12％-0.25％、Mg：0.25％-0.8％、Zr：0.08％-0.16％、Ag：0.25％-0.6％、Ti：0.08％-0.12％、余量为Al准备原料，将原料在熔炼炉中熔化；待所有原料熔化完毕后，向熔体深度2/3处通入氩气精炼，精炼后静置10min-30min，过滤；
S2：对过滤后的熔体进行喷射成形，制备合金锭坯；
S3：挤压带材开坯：车加工去掉喷射成形合金锭坯的氧化皮，获得铝合金喷射光锭，在空气炉中进行加热保温；
S4：热轧：对挤压带材在空气炉中加热保温，热轧道次压下量为10％-35％；
S5：固溶：固溶温度500℃-520℃，保温30min-90min，固溶升温速率为1-30℃/min，水淬，淬火水温30℃-45℃，淬火转移不大于30s；
S6：对固溶后的板材进行1％-8％预拉伸；
S7：时效处理，145℃-165℃下时效20h-40h。
其中，该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：4.0％、Li：1.3％、Zn：0.18％、Mg：0.50％、Zr：0.12％、Ag：0.40％、Ti：0.1％、余量为Al。
其中，所述步骤S1中：使用LiCl和KCl按照质量比1:1混合的混合物作为覆盖剂。
其中，所述步骤S1中：熔炼温度为700-800℃。
其中，所述步骤S1中：通入氩气30min-60min。
其中，所述步骤S2中：喷射成形雾化气体选用Ar，喷射参数为10°-50°，雾化压力0.1-1.5MPa，雾化温度为600℃-900℃，接收盘转速为20-80rpm，接收盘下降速度为1-7mm/s,接收距离300-600mm，铝锂合金的圆锭的成形速度不低于10kg/min；喷射成形的沉积室采用Ar保护，沉积室充满Ar，喷射过程中保持Ar压力在1.0～2.0个大气压。
其中，所述步骤S3中：在空气炉中保温温度为400℃-480℃，保温4-10h。
其中，所述步骤S3中：挤压模具温度为420℃-460℃，挤压筒温度420℃-460℃，主推杆速度0.1mm/s-1mm/s，挤压比为5-12。
本发明还提供一种高强高韧航天用铝锂合金板材，由本发明所提出的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法制备而成。
本发明所带来的有益效果：采用喷射成形技术制备铝锂合金板材，实现高质量和高成品率的新型铝锂合金，并采用特殊工艺生产高强度的航天用铝锂合金板材，以满足航天工艺的需求。铝锂合金板材组织为典型的纤维状组织，尺寸均匀，固溶时效后的抗拉强度为660MPa，规定非比例延伸强度为630MPa，断后伸长率最高为15％。解决了现有工艺生产铝锂合金存在铸造成形难度大和现有铝锂合金的强度低的问题。
附图说明
图1为铝锂合金板材的组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
在一些说明性的实施例中，提供一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：3.7-4.3％、Li：1.1％-1.45％、Zn：0.12％-0.25％、Mg：0.25％-0.8％、Zr：0.08％-0.16％、Ag：0.25％-0.6％、Ti：0.08％-0.12％、余量为Al；
该铝锂合金板材制造方法按以下步骤进行：
S1：按元素的质量百分比为：Cu：3.7-4.3％、Li：1.1％-1.45％、Zn：0.12％-0.25％、Mg：0.25％-0.8％、Zr：0.08％-0.16％、Ag：0.25％-0.6％、Ti：0.08％-0.12％、余量为Al准备原料。
具体优选的，可为该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：4.0％、Li：1.3％、Zn：0.18％、Mg：0.50％、Zr：0.12％、Ag：0.40％、Ti：0.1％、余量为Al准备原料，将原料在熔炼炉中熔化，熔炼温度为700-800℃；使用LiCl和KCl按照质量比1:1混合的混合物作为覆盖剂。待所有原料熔化完毕后，向熔体深度2/3处通入氩气精炼，通入氩气30min-60min，精炼后静置10min-30min，过滤；
S2：对过滤后的熔体进行喷射成形，制备合金锭坯；喷射成形雾化气体选用Ar，喷射参数为10°-50°，雾化压力0.1-1.5MPa，雾化温度为600℃-900℃，接收盘转速为20-80rpm，接收盘下降速度为1-7mm/s,接收距离300-600mm，铝锂合金的圆锭的成形速度不低于10kg/min；喷射成形的沉积室采用Ar保护，沉积室充满Ar，喷射过程中保持Ar压力在1.0～2.0个大气压。
S3：挤压带材开坯：车加工去掉喷射成形合金锭坯的氧化皮，获得铝合金喷射光锭，在空气炉中进行加热保温；保温温度为400℃-480℃，保温4-10h。挤压模具温度为420℃-460℃，挤压筒温度420℃-460℃，主推杆速度0.1mm/s-1mm/s，挤压比为5-12。
S4：热轧：对挤压带材在空气炉中加热保温，热轧道次压下量为10％-35％；
S5：固溶：固溶温度500℃-520℃，保温30min-90min，固溶升温速率为1-30℃/min，水淬，淬火水温30℃-45℃，淬火转移不大于30s；
S6：对固溶后的板材进行1％-8％预拉伸；
S7：时效处理，145℃-165℃下时效20h-40h。
本发明还提供一种高强高韧航天用铝锂合金板材，由本发明所提出的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法制备而成。
以上详述了本发明的基本原理和具体的实施方式，本行业相关人员应该充分了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是为了表述本发明的原理，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，这些变化和改进都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：3.7-4.3％、Li：1.1％-1.45％、Zn：0.12％-0.25％、Mg：0.25％-0.8％、Zr：0.08％-0.16％、Ag：0.25％-0.6％、Ti：0.08％-0.12％、余量为Al；
该铝锂合金板材制造方法按以下步骤进行：
S1：按元素的质量百分比为：Cu：3.7-4.3％、Li：1.1％-1.45％、Zn：0.12％-0.25％、Mg：0.25％-0.8％、Zr：0.08％-0.16％、Ag：0.25％-0.6％、Ti：0.08％-0.12％、余量为Al准备原料，将原料在熔炼炉中熔化；待所有原料熔化完毕后，向熔体深度2/3处通入氩气精炼，精炼后静置10min-30min，过滤；
S2：对过滤后的熔体进行喷射成形，制备合金锭坯；
S3：挤压带材开坯：车加工去掉喷射成形合金锭坯的氧化皮，获得铝合金喷射光锭，在空气炉中进行加热保温；
S4：热轧：对挤压带材在空气炉中加热保温，热轧道次压下量为10％-35％；
S5：固溶：固溶温度500℃-520℃，保温30min-90min，固溶升温速率为1-30℃/min，水淬，淬火水温30℃-45℃，淬火转移不大于30s；
S6：对固溶后的板材进行1％-8％预拉伸；
S7：时效处理，145℃-165℃下时效20h-40h。
2.如权利要求1所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，该铝锂合金板材元素的质量百分比为：Cu：4.0％、Li：1.3％、Zn：0.18％、Mg：0.50％、Zr：0.12％、Ag：0.40％、Ti：0.1％、余量为Al。
3.如权利要求2所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中：使用LiCl和KCl按照质量比1:1混合的混合物作为覆盖剂。
4.如权利要求3所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中：熔炼温度为700-800℃。
5.如权利要求4所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中：通入氩气30min-60min。
6.如权利要求5所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中：喷射成形雾化气体选用Ar，喷射参数为10°-50°，雾化压力0.1-1.5MPa，雾化温度为600℃-900℃，接收盘转速为20-80rpm，接收盘下降速度为1-7mm/s,接收距离300-600mm，铝锂合金的圆锭的成形速度不低于10kg/min；喷射成形的沉积室采用Ar保护，沉积室充满Ar，喷射过程中保持Ar压力在1.0～2.0个大气压。
7.如权利要求6所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中：在空气炉中保温温度为400℃-480℃，保温4-10h。
8.如权利要求7所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中：挤压模具温度为420℃-460℃，挤压筒温度420℃-460℃，主推杆速度0.1mm/s-1mm/s，挤压比为5-12。
9.一种高强高韧航天用铝锂合金板材，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的一种高强高韧航天用铝锂合金板材的制造方法制备而成。
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