CN114075630A - 一种高强耐蚀铝锂合金板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料工程技术领域，具体涉及一种高强耐蚀铝锂合金板材及其制备方法，其组成成分及重量百分比为：Li为1.0‑1.6％，Cu为3.9‑5.2％，Mg为0.4‑0.7％，Ag为0.3‑0.6％，Cr为0.1‑0.3％，Mn为0.15‑0.4％，Ti为0.1‑0.3％，余量为Al及杂质，且所述杂质的总含量不超过0.08％，单个杂质的含量不超过0.04％。该高强耐腐蚀铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：S10：熔炼；S20：浇铸；S30：两级均匀化处理；S40：切头、铣面；S50：热轧、中间退火与冷轧；S60：双级固溶处理、淬火；S70：时效处理；本设计制备得到的铝锂合金板材的室温抗拉伸强度超过600MPa的同时，还具有优异的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料工程技术领域，具体涉及一种高强耐蚀铝锂合金板材及其制备方法。
背景技术
Al-Li合金是可热处理强化的合金，具有密度小、加工性能好及焊接性能优良等特点，是航空航天、船舶、鱼雷、赛车等领域中最重要的轻质结构材料之一。但这种合金制品在服役的过程中，往往由于应力腐蚀开裂(SCC)导致其失效，且SCC敏感性与强度之间矛盾至今仍然是铝锂合金产业化应用的重大困扰。
为了解决这个问题，国内外学者在合金成分上进行了优化设计，如合理选择主要合金成分的配比以及引入微量合金元素与降低杂质元素含量等。
另外，对合金的热处理工艺进行优化也是国内外学者研究的方向，如飞机上用量最多的超硬铝合金之一的7150铝合金，通过热处理工艺优化，可以使合金在60℃下，4mol/L的NaCl溶液中的应力腐蚀裂纹萌生时间发生显著改变，具体如下表1：
7150铝合金在60℃下，4mol/L的NaCl溶液中的应力腐蚀裂纹萌生时间
| 热处理工艺 | 裂纹萌生时间小于 |
| T6 | 6h |
| T77 | 27h |
| T76 | 125h |
| T76+T6 | 143h |
总之，合金成分优化及热处理工艺优化在铝合金提高抗应力腐蚀水平上取得了一些进展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种高强耐蚀铝锂合金板材及其制备方法。
本发明所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材，其组成成分及重量百分比为：Li为1.0-1.6％，Cu为3.9-5.2％，Mg为0.4-0.7％，Ag为0.3-0.6％，Cr为0.1-0.3％，Mn为0.15-0.4％，Ti为0.1-0.3％，余量为Al及杂质，且所述杂质的总含量不超过0.08％，单个杂质的含量不超过0.04％。
本发明的高强耐腐蚀铝锂合金板材中，常见的杂质为Fe、Si等物质。
本发明所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，采用如下步骤：
S10：将铝、银、铜源、铬源、锰源与钛源按配比依次加入真空熔炼炉中熔炼，完全熔化后经除气处理，再加入镁、锂，完全熔化后再次除气处理得到熔融合金，静置0.5-1小时；
S20：将步骤S10中静置后的熔融合金真空或氩气保护下，浇铸得到铸锭A；
S30：将步骤S20中得到铸锭A，进行两级均匀化处理；
S40：切除步骤S30中得到的铸锭A的头部，并对铸锭A的表面进行铣面加工3-5mm后得到铸锭B；
S50：将步骤S40中得到的铸锭B进行热轧、中间退火与冷轧处理得到合金A；
S60：将步骤S50中得到的合金A进行双级固溶处理后，再淬火得到合金B；
S70：将步骤S60得到的合金B，进行时效处理。
进一步地，所述铝为铝含量99.85％的高纯铝；所述锂为低钠高纯锂；所述镁为工业高纯镁；所述银为工业纯银；所述铜源为铜含量50％的铝铜中间合金，且铝铜中间合金中杂质总含量低于0.12％；所述铬源为铬含量5％的铝铬中间合金；所述锰源为锰含量10％的铝锰中间合金；所述钛源为钛含量3％的铝钛中间合金。
本发明中，采用中间合金可以显著降低熔炼温度，缩短熔炼时间，如铜熔点太高，但铝铜中间合金的熔点略低于纯铝，使用铝铜中间合金有利于缩短熔炼时间，同时还可使铜在铝中分布更加均匀。
进一步地，所述熔炼温度为760-780℃，所述浇铸温度为700-730℃。
进一步地，步骤S50中，热轧的总变形率不低于80％，热轧前进行预热，预热的工艺为在440-460℃下保温5-10小时，中间退火的工艺为在440-460℃下保温3-6小时，冷轧总变形率不低于50％。
进一步地，步骤S10中，除气处理中通入的气体为氩气。
进一步地，步骤S30中，两级均匀化处理中的一级均匀化处理的工艺为在470±5℃下保温10-15小时，二级均匀化处理的工艺为在490±5℃下保温15-25小时；双级固溶处理为将经热轧、中间退火与冷轧处理后的合金在280±3℃下保温2-3小时进行第一级固溶处理，然后在500±3℃下保温1-1.5小时进行第二级固溶处理。
进一步地，步骤S70中，时效处理选自T6峰值时效、T8峰值时效或T77时效中的一种；其中，T6时效的工艺为在120±1℃下保温16-24小时，空冷，T8时效的工艺为预轧制6％或预拉伸3％后在120±1℃下保温16-24小时，空冷，T77时效的工艺为依次经过120±1℃下保温16-24小时，空冷、200±1℃下保温1-2小时，水冷、120±1℃下保温16-24小时，空冷。
更进一步地，步骤S70中，时效处理为T77时效。
本发明中，步骤S60中，淬火为在室温水中淬火。
本发明中，步骤S60中，两级固溶处理在盐浴炉或惰性气体保护炉中进行。采用盐浴炉操作，合金在出炉时表面粘附一层盐膜，能有效防止合金被氧化，惰性气体保护炉也能有效防止合金被氧化。
本发明中，步骤S10中，除气处理主要是为了除去氢气。
本发明中，步骤S30中，二级均匀化处理时，一级均匀化处理时温度较低，此温度既可以防止铸锭凝固时非平衡结晶而导致局部严重偏析，而不至于发生过烧现象，同时还有利于含Cr、Mn、Ti析出物在铸锭中二次均匀析出；二级均匀化处理温度较高更有利于提高铸锭组成成分分布的均匀性，提升均匀化处理的效果。
本发明中，步骤S60中，二级固溶处理时，第一级低温固溶处理是让冷轧态合金充分回复，释放能量，从而在第二级高温固溶处理时合金基体很难再结晶软化，有利于合金基体保持较高的强度，第二级高温固溶处理是为了获得尽可能高的过饱和度。采用两级固溶处理有利于保持基体强度的同时有利于后续时效强化处理提供有利条件，从而进一步提高合金的强度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明与已注册的各种铝锂合金不同，本发明设计了新的铝锂合金成分配方，制备得到的铝锂合金的强度非常高的同时还具有优异的耐腐蚀性能。
(2)本发明在制备铝锂合金时，采用两级均匀化处理与两级固溶处理，并优化均匀化处理与固溶处理的相关参数，制备得到的铝锂合金室温抗拉伸强度超过600MPa的同时还具有优异的耐腐蚀性能。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的拓扑结构示意图；
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本具体实施方式所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的组成成分及重量百分比为：
Li为1.45％，Cu为4.93％，Mg为0.52％，Ag为0.41％，Cr为0.17％，Mn为0.35％，Ti为0.12％，余量为Al及杂质，且所述杂质的总含量不超过0.05％。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种高强耐腐蚀铝锂合金板材的制备方法，包括以下步骤：
S10：将铝、银、铜源、铬源、锰源与钛源按配比依次加入真空熔炼炉中在770℃熔炼，完全熔化后经除气处理，再加入镁、锂，完全熔化后再次除气处理得到熔融合金，静置50分钟；其中，铝含量99.85％的高纯铝，锂为低钠高纯锂，镁为工业高纯镁，银为工业纯银，铜源为铜含量50％的铝铜中间合金，且铝铜中间合金中杂质总含量低于0.12％，铬源为铬含量5％的铝铬中间合金，锰源为锰含量10％的铝锰中间合金，钛源为钛含量3％的铝钛中间合金。
S20：将步骤S10中静置后的熔融合金真空或氩气保护下浇铸得到铸锭A，保持浇铸温度为720℃；
S30将步骤S20中得到铸锭A进行两级均匀化处理。其中，一级均匀化处理的工艺为在470℃下保温12小时，二级均匀化处理的工艺为在490℃下保温24小时；
S40：切除步骤S30中得到的铸锭A的头部，并对铸锭A的表面进行铣面加工3-5mm后得到铸锭B；
S50：将步骤S40中得到的铸锭B进行热轧、中间退火与冷轧处理得到合金A；其中，热轧总变形率不低于80％，冷轧总变形率不低于50％，热轧前进行预热，其工艺为在450℃下保温3小时，中间退火的工艺为在455℃下保温2小时；
S60：将步骤S50中得到的合金A进行双级固溶处理后再淬火得到合金B；其中，双级固溶处理为将经热轧、中间退火与冷轧处理后的合金在280℃下保温2小时进行第一级固溶处理，然后在500℃下保温1小时进行第二级固溶处理；
S70：将步骤S60得到的合金B进行时效处理。其中，T6时效的工艺为在120℃下保温20小时，空冷，T8时效的工艺为预轧制6％或预拉伸3％后在120℃下保温20小时，空冷，T77时效的工艺为依次经过120℃下保温20小时，空冷、200℃下保温1小时，水冷、120℃下保温20小时，空冷。
本发明的实施例2-实施例4：实施例2-4中的高强耐腐蚀铝锂合金板材的成分组成及制备方法均与实施例1相同，但组成成分中各成分的重量份不同，具体数据见表2。
表2：实施例中铝合金组成成分的重量份(重量百分比wt％)
本发明中，实施例1-4中制备得到的高强耐腐蚀铝锂合金在室温下按标准GB/T3880.2-2006检测其力学性能，在60℃下，4mol/L的NaCl溶液中的检测其应力腐蚀裂纹萌生时间，结果如表3所示。
表3：实施例制备得到的铝锂合金的室温力学性能及应力腐蚀裂纹萌生时间
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种高强耐蚀铝锂合金板材及其制备方法，其特征在于：其组成成分及重量百分比为：Li为1.0-1.6％，Cu为3.9-5.2％，Mg为0.4-0.7％，Ag为0.3-0.6％，Cr为0.1-0.3％，Mn为0.15-0.4％，Ti为0.1-0.3％，余量为Al及杂质，且所述杂质的总含量不超过0.08％，单个杂质的含量不超过0.04％。
2.一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：采用如下步骤：
S10：将铝、银、铜源、铬源、锰源与钛源按配比依次加入真空熔炼炉中熔炼，完全熔化后经除气处理，再加入镁、锂，完全熔化后再次除气处理得到熔融合金，静置0.5-1小时；
S20：将步骤S10中静置后的熔融合金真空或氩气保护下，浇铸得到铸锭A；
S30：将步骤S20中得到铸锭A，进行两级均匀化处理；
S40：切除步骤S30中得到的铸锭A的头部，并对铸锭A的表面进行铣面加工3-5mm后得到铸锭B；
S50：将步骤S40中得到的铸锭B进行热轧、中间退火与冷轧处理得到合金A；
S60：将步骤S50中得到的合金A进行双级固溶处理后，再淬火得到合金B；
S70：将步骤S60得到的合金B，进行时效处理。
3.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：所述铝为铝含量99.85％的高纯铝；所述锂为低钠高纯锂；所述镁为工业高纯镁；所述银为工业纯银；所述铜源为铜含量50％的铝铜中间合金，且铝铜中间合金中杂质总含量低于0.12％；所述铬源为铬含量5％的铝铬中间合金；所述锰源为锰含量10％的铝锰中间合金；所述钛源为钛含量3％的铝钛中间合金。
4.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：所述熔炼温度为760-780℃，所述浇铸温度为700-730℃。
5.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：步骤S50中，热轧的总变形率不低于80％，热轧前进行预热，预热的工艺为在440-460℃下保温5-10小时，中间退火的工艺为在440-460℃下保温3-6小时，冷轧总变形率不低于50％。
6.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：步骤S10中，除气处理中通入的气体为氩气。
7.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：步骤S30中，两级均匀化处理中的一级均匀化处理的工艺为在470±5℃下保温10-15小时，二级均匀化处理的工艺为在490±5℃下保温15-25小时；双级固溶处理为将经热轧、中间退火与冷轧处理后的合金在280±3℃下保温2-3小时进行第一级固溶处理，然后在500±3℃下保温1-1.5小时进行第二级固溶处理。
8.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：步骤S70中，时效处理选自T6峰值时效、T8峰值时效或T77时效中的一种；其中，T6时效的工艺为在120±1℃下保温16-24小时，空冷，T8时效的工艺为预轧制6％或预拉伸3％后在120±1℃下保温16-24小时，空冷，T77时效的工艺为依次经过120±1℃下保温16-24小时，空冷、200±1℃下保温1-2小时，水冷、120±1℃下保温16-24小时，空冷。
9.根据权利要求2所述的一种高强耐蚀铝锂合金板材的制备方法，其特征在于：步骤S70中，时效处理为T77时效。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115418534A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 郑州轻研合金科技有限公司 | 一种8090铝锂合金细晶板材及其制备方法 |
| CN115747593A (zh) * | 2022-12-01 | 2023-03-07 | 西安交通大学 | 一种耐高温Al-Cu-Mg系铝合金及其制备方法 |
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