CN112410691A - 一种铝锂合金材料退火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝锂合金材料退火工艺，属于铝合金热处理工艺领域；本发明将通过冷/热变形所得到的板材、型材、锻件等加热到一定温度，保温一段时间，然后取出冷却至室温；随后放入到空气循环加热炉内进行加热，进行“球化”退火处理，保温一段时间后取出空冷；本发明通过类似固溶处理的高温加热，使铝锂合金材料发生回溶及再结晶，同时结合一定冷速的缓冷处理，在提高冷却效率，同时减少材料变形；在“球化”退火过程中，可以在晶内、晶界析出大量的颗粒状析出相，降低材料的强度，提高材料的塑性，为后续的成形提供支撑；本发明制备的退火状态铝锂合金材料具有低强度、高塑性的优点，同时，还可以保证最终使用状态的优良性能。

Description

一种铝锂合金材料退火工艺
技术领域
本发明涉及一种铝锂合金材料退火工艺，属于铝合金热处理工艺领域。
背景技术
随着航空航天领域高可靠、高减重需求的不断发展，具有高比刚度、高比强度以及优良耐损伤性能的铝锂合金已经逐渐成为上述领域的重要选材。由于第三代铝锂合金的成分特点，导致该类合金采取2xxx系合金传统的退火工艺制备退火状态时会在合金晶内及晶界上析出大量大尺寸的片针状析出相，使合金的塑性严重恶化；同时，由于合金中含有Zr、Sc等抑制再结晶的元素，冷轧或者热变形的产品在采取低温退火处理时仅发生回复而不会发生再结晶，导致传统低温退火处理后的材料在最后的固溶处理后也很难发生再结晶，带有较强织构的变形组织会“遗传”下来，增加了铝锂合金的各向异性。上述问题导致第三代铝锂合金缺少合适的退火状态，在一些需要复杂成形的部件上难以使用，限制了合金的使用范围。
本发明针对目前航空航天领域广泛应用的第三代铝锂合金在采取传统退火工艺处理至退火状态后，具有塑性差、固溶处理后各项异性显著等不足，通过高温加热、出炉控速冷却、球化退火等工艺，一方面保证了铝锂合金在高温加热时发生部分再结晶，降低各向异性，另一方面，通过“球化”退火处理，在合金中析出大量颗粒状的析出相替代大尺寸片针状析出相，使合金强度降低的同时具有良好的塑性，可以保证复杂构件的成形能力。
发明内容
本发明的目的是：提出一种铝锂合金材料的退火工艺，通过该工艺，可使铝锂合金材料在具有降低强度以及良好塑性的同时，不影响材料在最终使用状态的性能。
本发明的技术方案是：一种铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，其制备步骤为：
1.1加热：加热炉加热温度至490℃～535℃，将铝锂合金材料放入加热炉内；
1.2保温：待铝锂合金材料温度达到1.1中规定的温度范围后，保温时间大于30min；
1.3冷却：保温到时后，将铝锂合金材料从加热炉内取出，冷却速度在2℃/min至65℃/min之间，至室温后停止；
1.4“球化”退火处理：将经过步骤1.3处理的铝锂合金材料，放入加热炉内加热，随炉升温至240℃～280℃，保温时间10～24h；保温完毕后，取出空冷至室温。
所述铝锂合金材料的合金成分及重量百分比为：Cu 2.5～5.0％，Li 0.7～2.0％，Mg 0.2～1.6％,Mn 0.20～1.0％，Zn 0.2～1.0％，Zr 0.02～0.25％，Ti 0.01～0.10％，以及Sc 0.08～0.45％，Ag 0.2～0.85％，Er 0.10～0.25％中的任意1～3种，杂质元素Si≤0.15％,Fe≤0.15％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
所述保温时间根据铝锂合金材料的最大截面厚度计算，当最大截面厚度不超过10mm时，保温时间30min，超过10mm后，保温时间为3倍的最大截面厚度。
所述步骤1.3冷却可采用空冷、风冷、水雾中的一种。
所述铝锂合金材料为板材或型材或锻件。
所述步骤1.1及1.4加热采用空气循环加热炉。
所述“球化”退火处理是在比普通时效温度高但低于传统退火温度下进行加热处理，使铝锂合金材料析出大量颗粒状的析出相。
本发明的优点是：
1、本发明将通过冷/热变形所得到的板材、型材、锻件等在加热炉内加热到一定温度，保温一段时间，然后取出进行空冷/风冷/水雾冷却至室温；随后放入到空气循环加热炉内进行加热，进行“球化”退火处理，保温一段时间后取出空冷。通过该方式一方面可以通过第一次类似固溶处理的高温加热，使铝锂合金材料发生回溶及再结晶，同时结合一定冷速的缓冷处理，在提高冷却效率，同时减少材料变形；另一方面在“球化”退火过程中，可以在晶内、晶界析出大量的颗粒状析出相，降低材料的强度，提高材料的塑性，为后续的成形提供支撑。
2、使用本发明制备的退火状态铝锂合金材料具有与传统2xxx系铝合金退火状态相类似的低强度、高塑性的优点，同时，还可以保证最终使用状态的优良性能；
3、通过这种高温加热+控速冷却+“球化”退火的工艺，获得了铝锂合金的退火状态，工艺方便可行，便于工业化生产，使第三代铝锂合金退火状态的工程应用变为可行。
附图说明
图1为经过本发明的以及传统退火工艺制备的板材纵截面高倍组织形貌(a),(b)本发明制备的板材；(c),(d)传统工艺制备板材
图2为本发明制备退火状态板材以及冷轧板材处理至T3状态后高倍组织(a),(b)本发明制备的板材；(c),(d)冷轧板材
具体实施方案
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例一
采用本发明所涉及的铝锂合金材料退火工艺，所对应的合金成分及重量百分比为：Cu 3.68％，Li 1.53％，Mg 0.42％，Zn 0.44％，Mn 0.42％，Ag 0.41％，Zr 0.10％，Er0.11，Ti 0.02％，Si 0.06％，Fe 0.11％，余量为Al，将厚度2mm的冷轧板材在520℃下保温30min，然后出炉风冷，最大冷却速度25℃/min，冷却至室温。随后，将板材进行“球化”退火处理，工艺为260℃下保温20h，然后出炉空冷至室温。从处理后的板材上取样，观察高倍组织并且测量拉伸性能，并与将冷轧板材直接在400℃温度下加热，然后随炉缓冷处理后的退火状态板材进行比较，如图1及表1所示。随后，将退火后的板材以及冷轧板材同时进行固溶淬火+人工时效处理，测量处理至T3状态的拉伸性能，并观察高倍组织，结果如图2以及表2所示。
可以发现通过本发明的方法处理后，退火状态的铝锂合金在晶内以及晶界上均析出了大量的颗粒状析出相，薄板具有较低的屈服强度和较高的伸长率，具备良好的成形性能；退火状态的板材在经过固溶时效处理后具有与冷轧板材固溶时效处理后相近似的组织形貌与性能，表明该退火工艺不会对材料性能产生影响。
表1不同退火处理后板材的拉伸性能
Figure BDA0002769744700000041
表2退火处理后板材以及冷轧板材固溶时效处理后的拉伸性能
Figure BDA0002769744700000042
实施例二
采用本发明所涉及的提高铝锂合金板材及锻件综合性能的方法，对合金成分及重量百分比为：Cu 4.2％，Li1.1％，Mg0.61％，Mn 0.20％，Zn 0.22％，Ag 0.45％,Zr 0.12％，Ti 0.03％，Si 0.10％，Fe 0.12％，余量为Al，将60mm热轧厚板在525℃下保温，出炉水雾冷却至室温，平均冷速35℃/min，然后在280℃下保温16h，空冷至室温，测量退火后厚板拉伸性能并与420℃温度下退火处理后板材相对比，如表3所示；随后，将厚板以及热轧板材进行固溶淬火(535±5℃,室温水淬火)+3％的预拉伸，然后在145℃下人工时效至T8状态，测量时效后的拉伸及断裂韧度，结果如表4所示。
可以发现通过本发明的方法处理后，退火后的板材具有更高的塑性；处理至T8状态后与热轧板材具有相近的性能。
表3本发明的方法制备退火板材拉伸性能
Figure BDA0002769744700000051
表4本发明制备的退火态板材与热轧板材处理至T8状态后的性能
Figure BDA0002769744700000052
Figure BDA0002769744700000061

Claims (7)

1.一种铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，其制备步骤为：
1.1加热：加热炉加热温度至490℃～535℃，将铝锂合金材料放入加热炉内；
1.2保温：待铝锂合金材料温度达到1.1中规定的温度范围后，保温时间大于30min；
1.3冷却：保温到时后，将铝锂合金材料从加热炉内取出，冷却速度在2℃/min至65℃/min之间，至室温后停止；
1.4“球化”退火处理：将经过步骤1.3处理的铝锂合金材料，放入加热炉内加热，随炉升温至240℃～280℃，保温时间10～24h；保温完毕后，取出空冷至室温。
2.如权利要求1所述的铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，所述铝锂合金材料的合金成分及重量百分比为：Cu 2.5～5.0％，Li 0.7～2.0％，Mg 0.2～1.6％,Mn 0.20～1.0％，Zn 0.2～1.0％，Zr 0.02～0.25％，Ti 0.01～0.10％，以及Sc 0.08～0.45％，Ag 0.2～0.85％，Er 0.10～0.25％中的任意1～3种，杂质元素Si≤0.15％,Fe≤0.15％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
3.如权利要求1所述的铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，所述保温时间根据铝锂合金材料的最大截面厚度计算，当最大截面厚度不超过10mm时，保温时间30min，超过10mm后，保温时间为3倍的最大截面厚度。
4.如权利要求1所述的铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，所述步骤1.3冷却可采用空冷、风冷、水雾中的一种。
5.如权利要求1所述的铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，所述铝锂合金材料为板材或型材或锻件。
6.如权利要求1所述的铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，所述步骤1.1及1.4加热采用空气循环加热炉。
7.如权利要求1所述的铝锂合金材料退火工艺，其特征在于，所述“球化”退火处理是在比普通时效温度高但低于传统退火温度下进行加热处理，使铝锂合金材料析出大量颗粒状的析出相。
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