CN111360094A - 一种制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，对铝锂合金进行固溶处理，固溶结束后马上进行水淬，之后进行挤压处理，挤压至厚度为10.0～40.0mm的板材，将所得板材剪切加工成适合的尺寸，然后深冷处理，取出板材，选择与挤压方向成90°的方向进行深冷异步轧制，将深冷异步轧制制备的薄板再次深冷处理，取出薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷异步轧制，重复直到铝锂合金薄板被轧制到5～8mm，之后再次深冷处理，取出薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷轧制，此时上下轧辊辊速相同；重复直到铝锂合金薄板被轧制到0.5～6mm。本发明利用多向深冷轧制实现材料机械性能大幅提高且各向异性大幅降低的铝锂合金薄板，该薄板的厚度可低于0.5mm。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法。
背景技术
铝锂合金广泛应用与航天航空中。近年来，随着能源危机和特殊的应用背景再次促进了轻质铝合金的发展，渴望大幅度减轻飞机的重量，并保持良好的综合性能。锂元素添加既能降低铝合金密度，又能提高弹性模量，还能让合金表现出极强的时效强化效应。比起2系和7系的铝合金，铝锂合金密度可降低10％，而比刚度则可提升25％，得到企业和学术界的广泛关注。
在铝锂合金制备过程中，一般采用铸造-锻压-连轧的方法制备，这样制备的铝锂合金存在一定的各向异性问题。与此同时，随着铝锂合金带材厚度的减低，其各向异性问题日益凸显，这限制了该材料在高端航天、航空器件上的应用。解决6mm以下铝锂合金薄板各向异性问题是至今为止仍旧困难大家的难题。
随着人们对器件减重要求的增加，除了铝锂合金本身是轻质结构材料之外，对其厚度减薄能够进一步大幅降低材料的使用量，达到减重的目的。随着材料减薄，为了保持材料原有的结构强度，就要求材料的强度与韧性能够同步提高，然而现有技术中尚未能很好地解决这一问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，有效利用铝锂合金的物理加工属性，首次利用多向深冷轧制实现材料机械性能大幅提高且各向异性大幅降低的铝锂合金薄板，该薄板的厚度可低于0.5mm。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，包括：
第一步：对铝锂合金进行固溶处理，固溶结束后马上进行水淬；
第二步：对固溶水淬的铝锂合金进行挤压处理，挤压至厚度为10～40mm的薄板；
第三步：将所得薄板剪切加工成适合的尺寸，深冷处理至-120℃～-100℃；
第四步：将深冷处理的铝锂合金薄板取出，选择与挤压方向成90°的方向进行深冷异步轧制；
第五步：将深冷异步轧制制备的铝锂合金薄板深冷处理至-120℃～-100℃
第六步：取出深冷轧制制备的铝锂合金薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷异步轧制；
第七步：重复第五步和第六步，直到铝锂合金薄板被轧制到5～8mm；
第八步：将第七步制备的铝锂合金薄板深冷处理至-120℃～-100℃。
第九步：取出铝锂合金薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷轧制，此时上下轧辊辊速相同；
第十步：重复第八步和第九步，直到铝锂合金薄板被轧制到0.5～6mm。
所述第一步中，采用第三代或者第四代铝锂合金铸锭为原料，第二步中铝锂合金薄板的宽度根据铸件重量进行调整，保障宽度大于100mm。
所述第一步中，固溶温度在450～500℃。
所述第四步和第六步中，深冷异步轧制的轧制异速比v1：v2在1.2～1.4之间，压下率为20～30％。
所述第四步和第六步中，深冷异步轧制过程中，开启冷却喷枪对轧件进行冷却，冷却温度为-120℃～-100℃。
所述第三步、第五步、第八步中，深冷在深冷箱中进行。
所述第九步中，轧制压下率为3％～5％。
与现有技术相比，本发明多向深冷轧制方法目前适合第三代铝锂合金作为原材料，利用该技术制备的铝锂合金薄板比传统轧制制备的铝锂合金薄板具有更优异的机械力学性能、更低的材料各向异性，能够更好地应用于高端航天航空零部件制备，该薄板另外在新能源汽车、手机、电脑等行业具有工业应用前景。
附图说明
图1所示为铝锂合金薄板的多向深冷轧制复合制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
铝锂合金在超低温度下具有比室温更加优异的延伸率，并且在超低温下塑性变形制备的超细晶材料具有非常优异的机械性能。本发明利用深冷环境中锂箔材的强度增加，利用多向轧制实现铝锂合金箔材各向异性降低，利用异步轧制实现铝锂合金厚度减薄，最终制备出低各向异性、高强韧铝锂合金薄板。
图1所示为铝锂合金薄板的多向深冷轧制复合制备流程图，其具体步骤如下：
第一步：采用第三代或者第四代铝锂合金为原料，其它铝锂合金也可，然而该铝锂合金的低温韧性较好，更适合本发明的工艺。
第二步：对铝锂合金铸锭1进行固溶处理，固溶温度一般在450～500℃，固溶结束后马上进行水淬。
第三步：对固溶水淬处理的铝锂合金铸锭1进行挤压处理，得到厚度为10～40mm的铝锂合金薄板，宽度根据铸件重量进行调整，但一般应保障宽度大于100mm。
第四步：将铝锂合金薄板2剪切加工成适合的尺寸，然后将其置入深冷箱3中进行深冷处理，深冷温度为-120℃～-100℃，实现均匀冷却。
第五步：将深冷处理后的铝锂合金薄板4取出，选择与挤压方向成90°的方向进行深冷异步轧制，轧制参数可控制异速比(v1：v2)为1.2～1.4之间，压下率为20～30％，其中，v1为上轧辊7的轧制速度，v2为下轧辊8的轧制速度。同时，开启上轧辊7和下轧辊8左右两侧的左侧冷却喷枪5和右侧冷却喷枪6，对轧制过程轧件进行冷却，冷却温度为-120℃～-100℃。
第六步：将深冷异步轧制制备的铝锂合金薄板重新放入深冷箱3中，直到轧件温度被均匀冷却至-120℃～-100℃。
第七步：取出深冷轧制制备的铝锂合金薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷异步轧制，异速比为1.2～1.4之间，压下率为20～30％。
第八步：重复第六步和第七步，直到铝锂合金薄板被轧制到5～8mm，其中过程中每次旋转的方向可以相同，例如，均为顺时针，也可往复旋转，即本道次与上一道次旋转方向相反。
第九步：将第八步制备的铝锂合金薄板放入深冷异步轧制制备的铝锂合金板材重新放入深冷箱3中，直到轧件温度被均匀冷却至-120℃～-100℃。
第十步：取出深冷轧制制备的铝锂合金薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷轧制，此时上下轧辊辊速相同(v1＝v2)，轧制压下率为3％～5％。
第十一步：重复第九步和第十步，直到铝锂合金薄板被轧制到0.5～6mm，其中过程中每次旋转的方向可以相同，例如，均为顺时针，也可往复旋转，即本道次与上一道次旋转方向相反。
采用该方法制备的铝锂合金薄板在所有方向的性能相近，实现材料各向同性，与此同时，采用该方法制备的铝锂合金薄板比传统冷轧制备的铝锂合金薄板的抗拉强度提升20％以上。
在本发明的一个具体实施例中，采用2196铝锂合金为原料，固溶温度为480℃，铝锂合金薄板2的厚度为20mm，宽度为120mm。剪切加工成200mm×120mm尺寸，深冷温度为-100℃，深冷异步轧制的轧制异速比v1：v2为1.3，各道次压下率为25％，深冷异步轧制得到2.5mm厚的铝锂合金薄板，深冷轧制各道次压下率为4％，得到厚度为2mm超细晶2196铝锂合金薄板制备，所得2196铝合金薄板各向同性，同时抗拉强度超过600MPa。
Claims (7)
1.一种制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，包括：
第一步：对铝锂合金进行固溶处理，固溶结束后马上进行水淬；
第二步：对固溶水淬的铝锂合金进行挤压处理，挤压至厚度为10～40mm的薄板；
第三步：将所得薄板剪切加工成适合的尺寸，深冷处理至-120℃～-100℃；
第四步：将深冷处理的铝锂合金薄板取出，选择与挤压方向成90°的方向进行深冷异步轧制；
第五步：将深冷异步轧制制备的铝锂合金薄板深冷处理至-120℃～-100℃
第六步：取出深冷轧制制备的铝锂合金薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷异步轧制；
第七步：重复第五步和第六步，直到铝锂合金薄板被轧制到5～8mm；
第八步：将第七步制备的铝锂合金薄板深冷处理至-120℃～-100℃。
第九步：取出铝锂合金薄板，与前一道次轧制方向旋转90°进行深冷轧制，此时上下轧辊辊速相同；
第十步：重复第八步和第九步，直到铝锂合金薄板被轧制到0.5～6mm。
2.根据权利要求1所述制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，所述第一步中，采用第三代或者第四代铝锂合金铸锭为原料，第二步中铝锂合金薄板的宽度根据铸件重量进行调整，保障宽度大于100mm。
3.根据权利要求1所述制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，所述第一步中，固溶温度在450～500℃。
4.根据权利要求1所述制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，所述第四步和第六步中，深冷异步轧制的轧制异速比v1：v2在1.2～1.4之间，压下率为20～30％。
5.根据权利要求1或4所述制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，所述第四步和第六步中，深冷异步轧制过程中，开启冷却喷枪对轧件进行冷却，冷却温度为-120℃～-100℃。
6.根据权利要求1所述制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，所述第三步、第五步、第八步中，深冷在深冷箱中进行。
7.根据权利要求1所述制备航空航天用低各向异性铝锂合金薄板的多向深冷轧制方法，其特征在于，所述第九步中，轧制压下率为3％～5％。
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