CN114058986B - 一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种Al‑Cu‑Li合金梯度材料的制备方法，属于航空航天应用的梯度材料制备技术领域，方法为：将样件置于加热炉中，进行固溶处理并控制保温时长。固溶后迅速转移到低温水中，保证整个板材淬透。将样件从水中迅速取出，短时间内对样件施加梯度冷变形，避免影响后续时效相的析出。并对样件进行较长时间的自然时效。在人工时效阶段中，将样件置于加热炉中，保温后取出样件进行表面处理等，制得合金梯度材料。本发明通过在淬火状态引入梯度分布的塑性应变场导致后续人工时效过程中强化相梯度析出，进而得到强度和塑性梯度变化的Al‑Cu‑Li合金梯度材料，制备工艺简单，加工成本较低，效率高，应用前景广泛。

Description

一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法
技术领域：
本发明属于航空航天应用的梯度材料制备技术领域，具体涉及一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法。
背景技术：
随着航空航天领域快速发展，结构轻量化已凸显其重要性。如采用先进Al-Cu-Li合金取代传统铝合金制造波音飞机，结构质量可减轻13％左右。Al-Cu-Li合金已经被利用生产大飞机的蒙皮等钣金零件和加强框和地板梁等型材零件。虽然Al-Cu-Li合金具有较高的强度，替代传统铝合金生产更多数量的零件是航空制造轻量化发展的趋势，但是均匀延伸率低于6％在一定程度上限制了应用范围。考虑到钣金和型材零件在服役过程中多数承受弯曲变形，零件的表面将承受最大的应力，故制备表层屈服强度高、芯层塑性性能良好的梯度材料是提高Al-Cu-Li合金零件服役环境适应性的有效途径。现有梯度材料制备技术中普遍采用表面渗碳、电沉积法和表面纳米化等方法，但性能梯度变化差异较小，且表面强化厚度非常有限。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，该方法摒弃传统层状分布梯度材料工艺，结合T1(Al2CuLi)相析出的微观机制，通过调整时效前预变形的梯度分布使得T1(Al2CuLi)强化相梯度分布，进而获得强度梯度分布的Al-Cu-Li合金，使制备合金中强度和塑性呈一定规律分布。克服传统工艺加工复杂，制造周期长，成本高等缺陷，具有工艺简单，设备要求低，效率高等特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
将Al-Cu-Li合金样件放入保温炉，保温温度为500℃-530℃，保温时间为1-2h，获得固溶后样件；
步骤二，淬火处理
将固溶后样件转移至水中淬火至淬透，其中，所述水温为15℃-20℃，转移时间≤12s，淬火时间为5-15min；
步骤三，梯度预变形
将淬透的样件取出，擦拭并吹干其外表面，对样件施加梯度分布的塑性变形，变形时间≤10min，获得塑性变型样件；
步骤四，自然时效
将塑性变形样件放置室温条件下静置5-7天，获得自然时效后样件；
步骤五，人工时效
自然时效后样件进行人工时效，人工时效温度为150℃-170℃，保温时间为13-18h；
步骤六，后处理
对人工时效后样件进行表面去污处理，得到Al-Cu-Li合金梯度材料。
所述的步骤一中，Al-Cu-Li合金样件包括组分及质量百分含量为Cu 2-5％，Li0.5-3％，Mg 0.2-1％。Ag 0.1-0.6％，余量为Al及微量杂质。
所述的步骤一中，保温炉加热至500℃-530℃后，保温20-60min至炉温无波动后，放入Al-Cu-Li合金样件，进行固溶处理。
所述的步骤一中，通过控制保温时间，防止晶粒长大且达到所需固溶效果。
所述的步骤一中，Al-Cu-Li合金样件为板材或棒材，所述的板材厚度为0.5-4mm，所述的棒材直径为3-6mm。
所述的步骤三中，梯度分布的塑性变形方式为扭转变形，弯曲变形或超声滚压；其中：当Al-Cu-Li合金样件为板材时，采用弯曲变形，超声滚压的变形方式；当Al-Cu-Li合金样件为棒材时，采用扭转变形。
所述的步骤三中：
当采用扭转变形时，扭转变形采用扭转机进行，扭转角度为5-25°，变形量
Figure BDA0003384993670000021
式中：θ为扭转角，L为平行段长度，r为棒材不同位置的半径，γ为切应变；
当采用弯曲变形时，弯曲变形采用带凸模的弯曲设备进行，所述的凸模圆角半径≤35mm，变形量
Figure BDA0003384993670000022
式中：ε为表层应变；y为表层到中性层距离；ρ为中性层曲率半径，根据ρ＝r+Kt求得，其中：r为凸模圆角半径，K为中性层系数，t为材料厚度；
当采用超声滚压时，进给量1mm/min，振动频率20KHz，所需静压经验公式:P＝50t+40；
式中：P为静压(N)，t为板材厚度或棒材半径值(mm)。
所述的步骤三中，对样件施加变形，整个过程需控制10min内完成，否则会发生自然时效将影响T1(Al2CuLi)强化相析出，进而影响强度梯度变化。
所述的步骤三中，进一步的，变形时间≤7min。
所述的步骤三中，预变形量需根据样件具体尺寸和变形方法确定。
所述的步骤五中，人工时效在热处理炉中进行，所述的热处理炉预先在150℃-170℃下保温20-30min至炉温稳定后，进行人工时效保温操作。
所述的步骤六中，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度。
所述的步骤六中，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度为470-500MPa，延伸率为6-8％；芯层屈服强度为370-400MPa，延伸率为8-13％；所述的表层与芯层分界线在预变形阶段中弹性变形和塑性变形的分界。
所述的步骤六中，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度为475-500MPa，延伸率为7-8％；芯层屈服强度为374-400MPa，延伸率为11-13％。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过在淬火状态引入梯度分布的塑性应变场，导致后续人工时效过程中强化相梯度析出，进而得到强度和塑性梯度变化的Al-Cu-Li合金梯度材料，是Al-Cu-Li合金强韧化的重要手段之一，与粉末冶金、等离子喷涂和离心铸造等技术相比，具有工艺简单、成本低，效率高等优势。
(2)本发明制备的梯度材料，不但能够满足轻量化和强度的要求，并且能够有效提高材料塑性。
(3)本发明制备的梯度材料，较传统铝合金其抗断裂和抗疲劳性能均有大幅度提升。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的Al-Cu-Li合金棒材梯度材料的制备方法工艺流程图；
图2为本发明实施例1制备的Al-Cu-Li合金棒材梯度材料硬度分布图；
图3为本发明实施例1制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图4为本发明实施例1制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图5为本发明实施例2制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图6为本发明实施例2制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图7为本发明实施例3制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图8为本发明实施例3制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图9为本发明实施例4制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图10为本发明实施例4制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图11为本发明实施例5制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图12为本发明实施例5制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图13为本发明实施例6制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图14为本发明实施例6制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图15为本发明实施例7制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图16为本发明实施例7制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图17为本发明实施例8制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图18为本发明实施例8制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图；
图19为本发明实施例9制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层显微图；
图20为本发明实施例9制备的Al-Cu-Li合金梯度材料芯层显微图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
将Al-Cu-Li合金样件放入保温炉，保温温度为500℃-530℃，保温时间为1-2h，获得固溶后样件；其中：
Al-Cu-Li合金样件包括组分及质量百分含量为Cu 2-5％，Li 0.5-3％，Mg 0.2-1％。Ag0.1-0.6％，余量为Al及微量杂质；
保温炉加热至500℃-530℃后，保温20-60min至炉温无波动后，放入Al-Cu-Li合金样件，进行固溶处理；
通过控制保温时间，防止晶粒长大且达到所需固溶效果。
Al-Cu-Li合金样件为板材或棒材，所述的板材厚度为0.5-4mm，所述的棒材直径为3-6mm。
步骤二，淬火处理
将固溶后样件转移至水中淬火至淬透，其中，所述水温为15℃-20℃，转移时间≤12s，淬火时间为5-15min；
步骤三，梯度预变形
将淬透的样件取出，擦拭并吹干其外表面，对样件施加梯度分布的塑性变形，变形时间≤10min，获得塑性变型样件；其中：
梯度分布的塑性变形方式为扭转变形，弯曲变形或超声滚压；其中：当Al-Cu-Li合金样件为板材时，采用弯曲变形，超声滚压的变形方式；当Al-Cu-Li合金样件为棒材时，采用扭转变形。
当采用扭转变形时，扭转变形采用扭转机进行，扭转角度为5-25°，变形量
Figure BDA0003384993670000051
式中：θ为扭转角，L为平行段长度，r为棒材不同位置的半径，γ为切应变；
当采用弯曲变形时，弯曲变形采用带凸模的弯曲设备进行，所述的凸模圆角半径≤35mm，变形量
Figure BDA0003384993670000052
式中：ε为表层应变；y为表层到中性层距离；ρ为中性层曲率半径，根据ρ＝r+Kt求得，其中：r为凸模圆角半径，K为中性层系数，t为材料厚度；
当采用超声滚压时，进给量1mm/min，振动频率20KHz，所需静压经验公式:P＝50t+40；
式中：P为静压(N)，t为板材厚度或棒材半径值(mm)。
对样件施加变形，变形时间≤7min，否则会发生自然时效将影响T1(Al2CuLi)强化相析出，进而影响强度梯度变化。
预变形量需根据样件具体尺寸和变形方法确定。
步骤四，自然时效
将塑性变形样件放置室温条件下静置5-7天，获得自然时效后样件；
步骤五，人工时效
自然时效后样件进行人工时效，人工时效温度为150℃-170℃，保温时间为13-18h；其中：人工时效在热处理炉中进行，所述的热处理炉预先在150℃-170℃下保温20-30min至炉温稳定后，进行人工时效保温操作。
步骤六，后处理
对人工时效后样件进行表面去污处理，得到Al-Cu-Li合金梯度材料，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度；制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度为470-500MPa，延伸率为6-8％；芯层屈服强度为370-400MPa，延伸率为8-13％；所述的表层与芯层分界线在预变形阶段中弹性变形和塑性变形的分界。
以下实施例中采用的Al-Cu-Li合金样件包括组分及质量百分含量为Cu 3.2％，Li1％，Mg 0.5％，Ag 0.3％，余量为Al及微量杂质。
实施例1
一种Al-Cu-Li合金棒材梯度材料的制备方案，其工艺流程如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择直径为4mm的Al-Cu-Li合金棒材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后棒材迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中棒材从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后棒材取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查棒材是否受损；
(2)将(1)中棒材放入可控制扭转角的扭转机上，扭转21°，整个过程在7min内完成；
步骤四，自然时效
将扭转后棒材取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的棒材置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的棒材取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金棒材梯度材料表层屈服强度500MPa、延伸率8％，芯层屈服强度400MPa，延伸率13％，合金棒材梯度材料硬度分布图如图2所示，表层显微图如图3所示，芯层显微图如图4所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
对比例1-1
同实施例1，区别在于，步骤一(2)中，Al-Cu-Li合金样件放入保温炉，保温0.5h，制备Al-Cu-Li合金梯度材料，经检测，表层屈服强度460MPa、延伸率5％，芯层屈服强度370MPa，延伸率8％。经微观检测及分析确定，改性能结果是由于固溶时间过短，未达到效果，过饱和程度较低导致。
对比例1-2
同实施例1，区别在于，步骤一(2)中，Al-Cu-Li合金样件放入保温炉，保温2.5h，制备Al-Cu-Li合金梯度材料，经检测，表层屈服强度465MPa、延伸率6％，芯层屈服强度380MPa，延伸率8％。性能明显下降，经检测，过长的保温时间导致晶粒过分长大，导致脆性增加。
对比例1-3，
同实施例1，区别在于，步骤三中，变形时间为12min，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度457MPa、延伸率7％，芯层屈服强度369MPa，延伸率9％。由于变形时间过长，导致发生自然时效，经检测，产物结构微观分布中有δ'时效相析出，影响T1(Al2CuLi)相分布，进而影响强度分布。
对比例1-4
同实施例1，区别在于，步骤(3)中的梯度预变形采用高压扭转方式进行获得梯度材料，将样品置于高压扭转设备模具内，沿轴向施加压力的同时，利用模具与试样摩擦作用施加扭矩，具体扭转圈数1N，压力300MPa，室温下进行。通过晶粒细化方式，获得Al-Cu-Li合金梯度材料，经检测，表层屈服强度485MPa、延伸率5％，芯层屈服强度437MPa，延伸率7％，且仅表层到芯层局部细化。
实施例2
一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为4mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后样件迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中样件从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后样件取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查样件是否受损；
(2)将(1)中样件置于弯曲设备上，利用圆角半径为35mm的凸模进行弯曲变形，整个过程在6min内完成；
步骤四，自然时效
将弯曲后样件取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的样件置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的样件取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度498MPa、延伸率7％，芯层屈服强度391MPa，延伸率13％，表层显微图如图5所示，芯层显微图如图6所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例3
一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为4mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至500℃并保温40min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为2h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后样件迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中样件从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后样件取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查样件是否受损；
(2)将(1)中样件置于弯曲设备上，利用圆角半径为35mm的凸模进行弯曲变形，整个过程在6min内完成；
步骤四，自然时效
将弯曲后样件取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的样件置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的样件取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度489MPa、延伸率8％，芯层屈服强度382MPa，延伸率12％，表层显微图如图7所示，芯层显微图如图8所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例4
一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为4mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至520℃并保温20min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后样件迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中样件从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后样件取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查样件是否受损；
(2)将(1)中样件置于弯曲设备上，利用圆角半径为35mm的凸模进行弯曲变形，整个过程在7min内完成；
步骤四，自然时效
将弯曲后样件取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的样件置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的样件取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度490MPa、延伸率7％，芯层屈服强度385MPa，延伸率12％，表层显微图如图9所示，芯层显微图如图10所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例5
一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为4mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后样件迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中样件从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后样件取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查样件是否受损；
(2)将(1)中样件置于弯曲设备上，利用圆角半径为15mm的凸模进行弯曲变形，整个过程在6min内完成；
步骤四，自然时效
将弯曲后样件取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的样件置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的样件取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度495MPa、延伸率7％，芯层屈服强度389MPa，延伸率13％，表层显微图如图11所示，芯层显微图如图12所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例6
一种Al-Cu-Li合金板材梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为3.18mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后板材迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中板材从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后板材取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查板材是否受损；
(2)将(1)中板材置于限位夹具内，利用超滚压装置使板正反两面在静压200N下滚过，滚压次数为一次，进给量1mm/min，振动频率20KHz，整个过程在6min内完成；
步骤四，自然时效
将滚压后板材取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的板材置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的板材取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度496MPa、延伸率7％，芯层屈服强度388MPa，延伸率13％，表层显微图如图13所示，芯层显微图如图14所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例7
一种Al-Cu-Li合金板材梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为3.18mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后板材迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中板材从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后板材取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查板材是否受损；
(2)将(1)中板材置于限位夹具内，利用超滚压装置使板正反两面在静压200N下滚过，滚压次数为一次，进给量1mm/min，振动频率20KHz，整个过程在7min内完成；
步骤四，自然时效
将滚压后板材取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至170℃后保温20min至炉温稳定后，取自然时效后的板材置于加热炉中保温13h；
步骤六，后处理
将人工时效后的板材取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度478MPa、延伸率8％，芯层屈服强度374MPa，延伸率11％，表层显微图如图15所示，芯层显微图如图16所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例8
一种Al-Cu-Li合金板材梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为3.18mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后板材迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中板材从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后板材取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查板材是否受损；
(2)将(1)中板材置于限位夹具内，利用超滚压装置使板正反两面在静压200N下滚过，滚压次数为一次，进给量1mm/min，振动频率20KHz，整个过程在6min内完成；
步骤四，自然时效
将滚压后板材取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至155℃后保温40min至炉温稳定后，取自然时效后的板材置于加热炉中保温17h；
步骤六，后处理
将人工时效后的板材取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度475MPa、延伸率7％，芯层屈服强度375MPa，延伸率11％，表层显微图如图17所示，芯层显微图如图18所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
实施例9
一种Al-Cu-Li合金板材梯度材料的制备方案，具体包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
(1)选择厚度为3.18mm的Al-Cu-Li合金板材，根据图纸确定样件是否符合加工要求，检查表面光洁度；
(2)选择普通电阻炉，将炉温加热至510℃并保温30min，待炉温稳定后将(1)样件放入电阻炉中保温，保温时长为1.5h，需严格控制保温时间避免影响后续时效；
步骤二，淬火处理
将固溶处理后板材迅速从炉中取出浸入水中至淬透，其中板材从炉中转入水中时间在10s内完成，水温为20℃，水淬时间为5min；
步骤三，预变形
(1)将淬火后板材取出，擦拭并用空气压缩机吹干样品表面，检查板材是否受损；
(2)将(1)中板材置于限位夹具内，利用超滚压装置使板正反两面在静压100N下滚过，滚压次数为一次，进给量1mm/min，振动频率20KHz，整个过程在7min内完成；
步骤四，自然时效
将滚压后板材取下，放置室温下静置7天；
步骤五，人工时效
将电阻炉升温至165℃后保温30min至炉温稳定后，取自然时效后的板材置于加热炉中保温15h；
步骤六，后处理
将人工时效后的板材取出，检查外表面并去除污渍。经检测，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度484MPa、延伸率8％，芯层屈服强度380MPa，延伸率11％，表层显微图如图19所示，芯层显微图如图20所示，可见表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度明显大于芯层T1时效相分布密度，图中细长的时效相即为T1相。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，固溶处理
将Al-Cu-Li合金样件放入保温炉，保温温度为500℃-530℃，保温时间为1-2h，获得固溶后样件，所述的Al-Cu-Li合金样件包括组分及质量百分含量为Cu 2-5％，Li 0.5-3％，Mg0.2-1％，Ag 0.1-0.6％，余量为Al及微量杂质，Al-Cu-Li合金样件为板材或棒材，所述的板材厚度为0.5-4mm，所述的棒材直径为3-6mm；
步骤二，淬火处理
将固溶后样件转移至水中淬火至淬透，其中，所述水温为15℃-20℃，转移时间≤12s，淬火时间为5-15min；
步骤三，梯度预变形
将淬透的样件取出，擦拭并吹干其外表面，对样件施加梯度分布的塑性变形，变形时间≤10min，获得塑性变型样件，其中，梯度分布的塑性变形方式为扭转变形，弯曲变形或超声滚压；其中：当Al-Cu-Li合金样件为板材时，采用弯曲变形与超声滚压的变形方式；当Al-Cu-Li合金样件为棒材时，采用扭转变形；
当采用扭转变形时，扭转变形采用扭转机进行，扭转角度为5-25°，变形量
Figure FDA0003607053490000011
式中：θ为扭转角(°)，L为平行段长度(mm)，r为棒材不同位置的半径(mm)，γ为切应变；
当采用弯曲变形时，弯曲变形采用带凸模的弯曲设备进行，所述的凸模圆角半径≤35mm，变形量
Figure FDA0003607053490000012
式中：ε为表层应变；y为表层到中性层距离(mm)；ρ为中性层曲率半径(mm)，根据ρ＝r+Kt求得，其中：r为凸模圆角半径(mm)，K为中性层系数，t为材料厚度(mm)；
当采用超声滚压时，进给量1mm/min，振动频率20KHz，所需静压经验公式:P＝50t+40；
式中：P为静压(N)，t为板材厚度(mm)；
步骤四，自然时效
将塑性变形样件放置室温条件下静置5-7天，获得自然时效后样件；
步骤五，人工时效
自然时效后样件进行人工时效，人工时效温度为150℃-170℃，保温时间为13-18h；
步骤六，后处理
对人工时效后样件进行表面去污处理，得到Al-Cu-Li合金梯度材料，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层屈服强度为470-500MPa，延伸率为6-8％；芯层屈服强度为370-400MPa，延伸率为8-13％；所述的表层与芯层分界线在预变形阶段中弹性变形和塑性变形的分界。
2.根据权利要求1所述的Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中，保温炉加热至500℃-530℃后，保温20-60min至炉温无波动后，放入Al-Cu-Li合金样件，进行固溶处理。
3.根据权利要求1所述的Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤五中，人工时效在热处理炉中进行，所述的热处理炉预先在150℃-170℃下保温20-30min至炉温稳定后，进行人工时效保温操作。
4.根据权利要求1所述的Al-Cu-Li合金梯度材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤六中，制备的Al-Cu-Li合金梯度材料表层与芯层中均有T1时效相析出，且表层T1时效相分布密度大于芯层T1时效相分布密度。
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US20140050936A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Alcoa Inc. 2xxx series aluminum lithium alloys
CN107675038B (zh) * 2017-09-26 2019-04-23 沈阳航空航天大学 一种轻质铸造Al-Si-Li-Cu合金材料及其制备方法
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