CN113981341B - 一种高强高韧耐腐蚀2196-t8511铝锂合金挤压型材及其生产工艺 - Google Patents

一种高强高韧耐腐蚀2196-t8511铝锂合金挤压型材及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强高韧耐腐蚀2196‑T8511铝锂合金挤压型材及其生产工艺。本发明提供的生产工艺包括:S1、对2196‑T8511铝锂合金铸锭进行挤压处理;S2、对步骤S1所得合金进行固溶处理;S3、对步骤S2所得合金进行拉伸变形处理;S4、对步骤S3所得合金进行时效处理;所述时效处理包括依次进行:第一级时效处理和第二级时效处理;所述第一级时效处理的条件为:温度115~125℃,时间10~16h;所述第二级时效处理的条件为:温度145~160℃,时间30~64h。通过上述工艺,能够有效提高2196‑T8511铝锂合金的强度和韧性。

Description

一种高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材及其生产 工艺
技术领域
本发明涉及合金制备领域,特别涉及一种高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金型材及其生产工艺。
背景技术
经过多年的发展,国外第三代铝锂合金已经形成相对完整的产品谱系,形成了薄板、型材及厚板系列材料,如铝锂合金厚板包括2197、2297、2397、2050等系列合金,薄板包括2195、2198、2060等系列合金,型材则包括2099、2196、2055等系列合金。目前这些材料已经非常成熟,形成了相应的AMS标准。
在上述第三代铝锂合金中,2196合金中锂含量上限最高(2.1%),相对于其他铝锂合金来说,具有更高的刚度和更低的密度,非常适合作为型材使用。2196铝锂合金型材已作为地板支撑梁、边界梁和座椅滑轨等支撑结构应用于民机上。为实现国内自主,进口替代,急需开发2196铝锂合金型材。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材及其生产工艺。本发明提供的工艺能够有效提高2196-T8511铝锂合金型材的强度和韧性。
本发明提供了一种高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材的生产工艺,包括:
S1、对2196-T8511铝锂合金铸锭进行挤压处理;
S2、对步骤S1所得合金进行固溶处理;
S3、对步骤S2所得合金进行拉伸变形处理;
S4、对步骤S3所得合金进行时效处理;
所述时效处理包括依次进行:第一级时效处理和第二级时效处理;
所述第一级时效处理的条件为:温度115~125℃,时间10~16h;
所述第二级时效处理的条件为:温度145~160℃,时间30~64h。
优选的,所述第一级时效处理的条件为:温度120℃,时间12h;
所述第二级时效处理的条件为:温度150℃,时间48h。
优选的,所述挤压处理的条件为:挤压铸锭温度410~460℃,挤压筒温430~450℃,挤压速度0.3~1.5m/min。
优选的,所述固溶处理的条件为:温度530~545℃,时间30~100min。
优选的,所述拉伸变形处理的拉伸率为1.5%~4%。
优选的,所述步骤S1中,在进行挤压处理前,先对2196-T8511铝锂合金铸锭进行加热处理,使铸锭温度为410~460℃。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的生产工艺制得的高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材。
本发明针对特定的2196-T8511铝锂合金型材,依次进行挤压处理、固溶处理、拉伸变形处理和时效处理,其中,时效处理中采用特定的两级时效工艺,控制一级时效条件为温度115~125℃、时间10~16h,二级时效条件为145~160℃、时间30~64h,在上述一级时效条件下,能够促进2196-T8511铝锂合金型材析出相形核,再在上述二级时效条件下,在第一级形核的基础上获得更加弥散细小的强化相,以及通过前序挤压处理、固溶处理、拉伸变形处理的配合,能够提高2196-T8511铝锂合金的强度、韧性和耐腐蚀性能。
实验结果表明,本发明的工艺,使2196-T8511铝锂合金型材的极限抗拉强度UTS达到530MPa以上、屈服强度YS达到495MPa以上,延伸率EI为8.0%以上,满足AMS4416B标准的规定(抗拉强度σb≥524MPa、屈服强度σ0.2≥476MPa、延伸率δ≥6%)。其中,两级时效制度为120℃/12h+150~155℃/48h时,2196-T8511铝锂合金型材的综合性能进一步显著提升,极限抗拉强度UTS达到568MPa上、屈服强度YS达到521MPa以上,延伸率EI为9.0%以上。进一步的,两级时效制度为120℃/12h+150℃/48h时,2196-T8511铝锂合金型材的综合性能达到最佳,极限抗拉强度UTS达到568MPa、屈服强度YS达到521MPa,延伸率EI为9.5%。
具体实施方式
一种高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材的生产工艺,其特征在于,包括:
S1、对2196-T8511铝锂合金铸锭进行挤压处理;
S2、对步骤S1所得合金进行固溶处理;
S3、对步骤S2所得合金进行拉伸变形处理;
S4、对步骤S3所得合金进行时效处理;
所述时效处理包括依次进行:第一级时效处理和第二级时效处理;
所述第一级时效处理的条件为:温度115~125℃,时间10~16h;
所述第二级时效处理的条件为:温度145~160℃,时间30~64h。
本发明针对特定的2196-T8511铝锂合金型材,依次进行挤压处理、固溶处理、拉伸变形处理和时效处理,其中,时效处理中采用特定的两级时效工艺,控制一级时效条件为温度115~125℃、时间10~16h,二级时效条件为145~160℃、时间30~64h,在上述一级时效条件下,能够促进2196-T8511铝锂合金型材析出相形核,再在上述二级时效条件下,在第一级形核的基础上获得更加弥散细小的强化相,以及通过前序挤压处理、固溶处理、拉伸变形处理的配合,能够提高2196-T8511铝锂合金的强度、韧性和耐腐蚀性能。
本发明中,采用的型材为2196-T8511铝锂合金型材。对于合金材料,多种元素添加到铝合金材料中所产生的作用,并不能等同于每一个元素添加到铝合金材料的作用的累加,在元素的比例控制以及比例搭配控制上,不仅涉及元素之间的相互作用、相互制约,而且在比例搭配上也是相互影响,相互制约。因此,合金材料是一类组分及配比影响比较复杂的材料,并非一般材料1+1=2或是2-1=1的这种简单的作用关系。进而,对于不同系列的合金,甚至同系列不同牌号的合金,工艺条件对材料性能的影响也是没有一定的由此推彼的规律性的。本发明针对2196-T8511铝锂合金型材这一特定合金,提供了一种能够有效提升合金强度和韧性的技术方案。
关于步骤S1:对2196-T8511铝锂合金铸锭进行挤压处理。
本发明中,在进行挤压处理前,先对2196-T8511铝锂合金铸锭进行加热处理,即进行热加工。本发明开展2196-T8511铝锂合金热模拟试验,绘制2196-T8511铝锂合金高温变形的真应力-真应变曲线以及该合金的热加工图,确定2196-T8511铝锂合金最佳的热加工条件为变形温度。具体的,本发明进行热处理使2196-T8511铝锂合金铸锭的温度为410~460℃;具体可为410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃。
经上述处理后,进行挤压处理。申请人开展大量的生产工艺试验,确定挤压处理的条件为:挤压铸锭温度410~460℃,挤压筒温430~450℃,挤压速度0.3~1.5m/min。所述挤压铸锭温度具体可为410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃。所述挤压筒温具体可为430℃、440℃、450℃。所述挤压速度具体可为0.3m/min、0.5m/min、0.7m/min、0.9m/min、1.1m/min、1.3m/min、1.5m/min。
关于步骤S2:对步骤S1所得合金进行固溶处理。
本发明中,所述固溶处理的条件优选为:温度530~545℃,时间30~100min。所述温度具体可为530℃、535℃、540℃、545℃。所述时间具体可为30min、50min、75min、100min。
关于步骤S3:对步骤S2所得合金进行拉伸变形处理。
本发明中,在步骤S2的固溶处理后,进行拉伸变形处理即冷变形加工。本发明中,优选控制拉伸变形处理的拉伸率为1.5%~4%,具体可为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%。
关于步骤S4:对步骤S3所得合金进行时效处理。
按照本发明,经拉伸处理后,进行时效处理。本发明中,所述时效处理为依次进行:第一级时效处理和第二级时效处理。其中,所述第一级时效处理的条件为:温度115~125℃,时间10~16h;所述第二级时效处理的条件为:温度145~160℃,时间30~64h。本发明中,所述第一级时效处理的温度具体可为115℃、120℃、125℃;所述第一级时效处理的时间具体可为10h、12h、16h。所述第二级时效处理的温度具体可为145℃、150℃、155℃、160℃;所述第二级时效处理的温度优选为150~155℃,最优选为150℃。所述第二级时效处理的时间具体可为30h、48h、64h。
本发明中,最优选的,所述第一级时效处理的条件为:温度120℃,时间12h;所述第二级时效处理的条件为:温度150℃,时间48h。本发明针对特定的2196-T8511铝锂合金型材,控制时效处理采用两级时效的方式,并控制两级时效制度为120℃/12h+150℃/48h,能够使2196-T8511铝锂合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率的综合性能达到最佳。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的生产工艺制得的高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材。
实验结果表明,本发明的工艺,使2196-T8511铝锂合金型材的极限抗拉强度UTS达到530MPa以上、屈服强度YS达到495MPa以上,延伸率EI为8.0%以上,满足AMS4416B标准的规定(抗拉强度σb≥524MPa、屈服强度σ0.2≥476MPa、延伸率δ≥6%)。其中,两级时效制度为120℃/12h+150~155℃/48h时,2196-T8511铝锂合金型材的综合性能进一步显著提升,极限抗拉强度UTS达到568MPa上、屈服强度YS达到521MPa以上,延伸率EI为9.0%以上。进一步的,两级时效制度为120℃/12h+150℃/48h时,2196-T8511铝锂合金型材的综合性能达到最佳,极限抗拉强度UTS达到568MPa、屈服强度YS达到521MPa,延伸率EI为9.5%。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
1、制备:
S1、挤压处理:
对2196-T8511铝锂合金铸锭进行加热处理,使铸锭温度达到430℃。之后,进行挤压处理,条件为:铸锭温度430℃、挤压筒温440℃、挤压速度1.0m/min。
S2、固溶处理:温度540℃、时间50min。
S3、拉伸变形处理:拉伸率为3.0%。
S4、时效处理:
对步骤S3所得合金进行两级时效处理,条件为:120℃/12h+150℃/48h。
2、性能测试:
对所得合金进行力学性能测试,结果显示:极限抗拉强度UTS为568MPa、屈服强度YS为521MPa,延伸率EI为9.5%,满足AMS4416B标准的规定(抗拉强度σb≥524MPa、屈服强度σ0.2≥476MPa、延伸率δ≥6%)。
实施例2
按照实施例1实施,将第二级时效条件固定为150℃/48h,第一级时效处理中温度固定为120℃,不同的是,分别改变一级时效时间为6h、10h、16h、24h,得到不同样品。
分别测试上述样品的性能并与实施例1(即一级时效时间为12h)样品对比,结果参见表1:
表1不同样品的性能
Figure BDA0003340232270000061
由表1测试结果可以看出,一级时效时间为6h、24h时,材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率较低;本发明控制一级时效时间为10~16h时,材料的性能明显提升;其中,一级时效时间为12h,材料的抗拉强度、屈服强度及延伸率综合性能达到最佳。
实施例3
按照实施例1实施,将第二级时效条件固定为150℃/48h,第一级时效处理中时间固定为12h,不同的是,分别改变一级时效温度为110℃、115℃、125℃、130℃,得到不同样品。
分别测试上述样品的性能并与实施例1(即一级时效温度为120℃)样品对比,结果参见表2:
表2不同样品的性能
Figure BDA0003340232270000062
由表2测试结果可以看出,一级时效温度为110℃、130℃时,材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率综合性能较低;本发明控制一级时效温度为115~125℃时,材料的性能明显提升;其中,一级时效温度为120℃h,材料的抗拉强度、屈服强度及延伸率综合性能达到最佳。
结合表1~表2可知,本发明控制一级时效温度为115~125℃,时间为10~16h,能够有效提高2196-T8511铝锂合金的强度和韧性,若温度过低或过高、时间过短或过长,都会降低2196-T8511铝锂合金的性能。其中,一级时效温度为120℃、时间为12h时,能够进一步显著提升2196-T8511铝锂合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率,使合金获得最佳的强度和韧性。
实施例4
按照实施例1实施,将第一级时效条件固定为120℃/12h,第二级时效处理中温度固定为150℃,不同的是,分别改变二级时效时间为1h、2h、4h、8h、16h、30h、32h、64h、128h,得到不同样品。
分别测试上述样品的性能并与实施例1(即二级时效时间为48h)样品对比,结果参见表3:
表3不同样品的性能
Figure BDA0003340232270000071
由表3测试结果可以看出,二级时效时间为16h以下时,料的抗拉强度(在510MPa以下)、屈服强度(在435MPa以下)较低,二级时效时间超过64h时,材料的延伸率(低于9.0%)较低;本发明控制二级时效时间为30~64h时,材料的综合性能明显提升,抗拉强度达到530MPa以上,屈服强度达到495MPa以上,延伸率保持在9%以上;其中,二级时效时间为48h,材料的抗拉强度、屈服强度及延伸率达到最佳。
实施例5
按照实施例1实施,将第一级时效条件固定为120℃/12h,第二级时效处理中时间固定为48h,不同的是,分别改变二级时效温度为145℃、155℃、160℃,得到不同样品。
分别测试上述样品的性能并与实施例1(即二级时效温度为150℃)样品对比,结果参见表4:
表4不同样品的性能
Figure BDA0003340232270000081
由表4测试结果可以看出,二级时效温度为140℃时,材料的抗拉强度、屈服强度较低;本发明控制二级时效温度为145~160℃时,材料的综合性能明显提升;但二级时效温度为160℃时,材料的延伸率较低,因此控制二级时效温度的优选范围145~155℃时,能够进一步提升材料的综合性能;其中,本发明控制二级时效温度在最优选范围150℃~155℃时,材料的抗拉强度、屈服强度及延伸率等综合性能进一步显著提升;考虑到延伸率,控制二级时效温度为150℃时,材料的综合性能达到最佳。
结合表3~表4可知,本发明控制二级时效温度为145~160℃,时间为30~64h,能够有效提高2196-T8511铝锂合金的强度和韧性,若温度过低或过高、时间过短或过长,都会降低2196-T8511铝锂合金的性能。其中,二级时效温度为150℃~155℃、时间为48h时,2196-T8511铝锂合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率综合性能进一步显著提升;二级时效温度为150℃、时间为48h时,2196-T8511铝锂合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率综合性能达到最佳。
结合表1~4,综合考虑2196-T8511铝锂合金的强度和延伸率,本发明控制一级时效条件115~125℃/10~16h+二级时间条件145~160℃/30~64h,能够提高合金的强度和韧性;控制一级时效条件120℃/12h+二级时间条件150~155℃/48h,能够进一步显著提高合金的强度和韧性;控制一级时效条件120℃/12h+二级时间条件150℃/48h时,使2196-T8511铝锂合金的综合性能达到最佳。
实施例6:工业化生产验证
按照实施例1的过程,进行放大工业化生产(共生产6批次,每批次产量为150kg),测试不同批次2196-T8511铝锂合金的性能(对每批次产品取样测试24次,然后取其平均作为该批次产品的效果值),结果参见表5。
表5不同批次产品的性能
Figure BDA0003340232270000091
由表5测试结果可以看出,不同批次产品的抗拉强度UTS基本稳定在568MPa左右,屈服强度YS基本稳定在521MPa左右,延伸率EI基本稳定在9.0%左右。可见,本发明的生产工艺,适合工业化批量生产,力学性能各项指标匹配较好,性能稳定性高。
实施例7
S1、挤压处理:
对2196-T8511铝锂合金铸锭进行加热处理,使铸锭温度达到410℃。之后,进行挤压处理,条件为:铸锭温度410℃、挤压筒温430℃、挤压速度0.3m/min。
S2、固溶处理:温度530℃、时间30min。
S3、拉伸变形处理:拉伸率为1.5%。
S4、时效处理:
对步骤S3所得合金进行两级时效处理,条件为:120℃/12h+150℃/48h。
实施例8
S1、挤压处理:
对2196-T8511铝锂合金铸锭进行加热处理,使铸锭温度达到460℃。之后,进行挤压处理,条件为:铸锭温度460℃、挤压筒温450℃、挤压速度1.5m/min。
S2、固溶处理:温度545℃、时间100min。
S3、拉伸变形处理:拉伸率为4.0%。
S4、时效处理:
对步骤S3所得合金进行两级时效处理,条件为:120℃/12h+150℃/48h。
实施例7~8所得产品的性能测试结果参见表6:
表6实施例7~8所得产品的性能
Figure BDA0003340232270000101
由表6测试结果可以看出,本发明提供的工艺,能够有效提高2196-T8511铝锂合金的强度和韧性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,包括最佳方式,并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统,和实施任何结合的方法。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定,并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素,那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材的生产工艺,其特征在于,包括:
S1、对2196-T8511铝锂合金铸锭进行挤压处理;
S2、对步骤S1所得合金进行固溶处理;
S3、对步骤S2所得合金进行拉伸变形处理;
S4、对步骤S3所得合金进行时效处理;
所述时效处理包括依次进行:第一级时效处理和第二级时效处理;
所述第一级时效处理的条件为:温度115~125℃,时间10~16h;
所述第二级时效处理的条件为:温度145~160℃,时间30~64h。
2.根据权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述第一级时效处理的条件为:温度120℃,时间12h;
所述第二级时效处理的条件为:温度150℃,时间48h。
3.根据权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述挤压处理的条件为:挤压铸锭温度410~460℃,挤压筒温430~450℃,挤压速度0.3~1.5m/min。
4.根据权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述固溶处理的条件为:温度530~545℃,时间30~100min。
5.根据权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述拉伸变形处理的拉伸率为1.5%~4%。
6.根据权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述步骤S1中,在进行挤压处理前,先对2196-T8511铝锂合金铸锭进行加热处理,使铸锭温度为410~460℃。
7.一种权利要求1~6中任一项所述的生产工艺制得的高强高韧耐腐蚀2196-T8511铝锂合金挤压型材。
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