CN115710662B - 一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺 - Google Patents
一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115710662B CN115710662B CN202211452410.0A CN202211452410A CN115710662B CN 115710662 B CN115710662 B CN 115710662B CN 202211452410 A CN202211452410 A CN 202211452410A CN 115710662 B CN115710662 B CN 115710662B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium alloy
- plate
- homogenization treatment
- heating
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 229910001148 Al-Li alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 91
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 31
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 19
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 8
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005204 segregation Methods 0.000 abstract description 12
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 40
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910017539 Cu-Li Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明属于铝锂合金材料加工技术领域，具体涉及一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺。本发明通过采用四级均匀化处理的方法，以解决铝锂合金生产过程中的组织偏析和力学性能较差的问题。同时通过蠕变时效处理的方法，解决铝锂合金韧性差的问题。本发明所述高强高韧铝锂合金板材采用铝锂合金铸锭制备得到，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.2%，Li：1.0~1.9%，Mg：0.4~0.8%，Mn：0.2~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.2%，Zn：0.1~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素。本发明所制备得到的铝锂合金强度高、韧性好，通过熔铸和热处理工艺改善凝固过程中的枝晶偏析，提高合金制品的强度、塑韧性、热加工性能及各项特异性能。
Description
技术领域
本发明属于铝锂合金材料加工技术领域，具体涉及一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺。
背景技术
铝锂合金作为一种新型的航空结构材料，具有密度低、弹性模量高、比强度高、抗腐蚀好等特点，广泛应用于军事和航空航天领域。
目前，铝锂合金已发展到第三代Al-Cu-Li系合金，其不仅具有优异的性能（例如耐腐蚀性、高热稳定性、以及高强度和良好韧性的协同性），可以替代2XXX、7XXX铝合金，还可以通过调控合金中的主合金化元素与微合金化元素的含量，以及加工时的变形与形变热处理工艺，实现性能的提升，用于制造飞机上下翼和内部承力件，是一种性能较好的航空结构材料。
一般来讲，传统铝锂合金的均匀化热处理为单极或两级均匀化工艺，这种单极或两级均匀化热处理的工艺未能使Cu元素偏析得到有效消除，虽然铸态组织中大部分非平衡相和枝晶组织得以溶解入基体内部，但仍有少部分粗大的第二相（Al2Cu相等）以及杂质相没有完全溶解。于是，研究人员采用了多级均匀化的工艺，用于改善合金的晶相。例如，公开号为CN110423927A的中国专利公开了一种超高强铝锂合金，通过利用三级均匀化退火处理的工艺配合Sc等晶粒元素含量的调整，目的是为了提高合金的弹性模量等机械性能，但是，此专利对合金的塑韧性、热加工性能等的改变并不明显。所以仍然需要对铝锂合金的均匀化热处理工艺进行改进。
基于此，本发明通过对铝锂合金成分进行调整，并采用一种新型的四级均匀化的方法，可有效解决铝锂合金铸锭在均匀化热处理时的元素偏析问题，避免在热加工过程中因组织偏析而产生裂纹、力学性能不均匀的问题，还可有效消除元素偏析，提高组织均匀性；采用蠕变时效的方法，有效促进析出相在晶内均匀分布，减少晶界无序析出相对性能的破坏；从而实现对铝锂合金力学性能改善的同时，还能够提高组织均匀性，改善合金塑韧性、热加工性能及各项特异性能，对铝锂合金的其工业化应用具有良好的促进作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提出一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺，通过采用四级均匀化处理的方法，以解决铝锂合金生产过程中的组织偏析和力学性能较差的问题，同时采用蠕变时效处理的方法，解决铝锂合金在使用过程中韧性不足的问题，进一步提高其工业化应用价值。
本发明还提供了所述高强高韧铝锂合金板材的应用。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种高强高韧铝锂合金板材，所述高强高韧铝锂合金板材采用铝锂合金铸锭制备得到，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.2%，Li：1.0~1.9%，Mg：0.4~0.8%，Mn：0.2~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.2%，Zn：0.1~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素；各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
进一步优选的，所述高强高韧铝锂合金板材中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.0%，Li：1.0~1.6%，Mg：0.5~0.6%，Mn：0.3~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.0%，Zn：0.2~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素；各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
所述高强高韧铝锂合金板材的生产工艺，包括以下步骤：
（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，然后在加热炉中抽真空至10Pa 以下，进行真空熔铸，得到铸锭；
（2）均匀化处理：将步骤（1）得到的铸锭在400~520℃的温度下均匀化处理6~66h，均匀化处理后水冷或空冷至室温；
（3）轧制：将均匀化处理后的铸锭置于加热炉中升温至400~450℃，保温8~14h后，然后在此温度下进行轧制，轧制时间控制在5min以内；
（4）固溶处理：将轧制后的板材随炉加热，升温至500~520℃，待炉温稳定后保温1~3h，然后水冷或空冷至室温；
（5）时效处理：将固溶处理后的板材随炉加热升温至150~170℃，待炉温稳定后保温32~48h，最后水冷或空冷至室温，即得规格为11*100*650mm的板材。
优选的，步骤（1）中，真空熔铸工艺为：将所述合金原料配料后，装入加热炉中，抽真空至10Pa 以下，然后充入3000Pa氩气提高炉内分压，再升温至不超过870℃的熔炼温度开始精炼，精炼后静置，浇铸，得到铸锭。
优选的，步骤（2）中，均匀化处理为四级均匀化处理，具体步骤为：
a. 一级均匀化处理：在室温条件下，将真空熔铸得到的铝锂合金铸锭装入加热炉中，随炉加热；当加热炉内温度达到T1温度400~440℃时，开始第一级均匀化处理，保温6~10h；
b. 二级均匀化处理：一级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T2温度420~450℃，开始第二级均匀化处理，保温8~16h；
c. 三级均匀化处理：二级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T3温度450~490℃，开始第三级均匀化处理，保温12~16h；
d. 四级均匀化处理：三级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T4温度490~520℃，开始第四级均匀化处理，保温12~24h，经过四级均匀化处理后水冷或空冷至室温。
优选的，步骤（3）中，轧制时，单道次变形量控制在20~30%，总变形量控制在80~95%，轧制后得到规格为12*100*600mm的板材。
优选的，步骤（4）中，将固溶后的板材进行冷变形预拉伸，变形量控制在6~12%。
优选的，步骤（5）中，所述时效处理为蠕变时效处理，时效处理前，将经过固溶和/或预拉伸后的板材在70~260MPa的应力下拉伸。
上述方法通过均匀化处理、轧制、固溶、时效处理等工艺方法制备得到高强高韧铝锂合金板材。
本发明还提供了所述高强高韧铝锂合金板材在制备航空航天零部件中的应用。
进一步的，所述航空航天零部件具体为航空航天承载结构件，例如机身翼梁、桁架等。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺，在传统的生产工艺基础上，通过多级均匀化处理改善低熔点相溶解效果，降低高熔点相溶解温度，促进高熔点相溶解，通过对合金成分和生产工艺进行调整，从而提高整体均匀化效果。与传统的单极或双极均匀化工艺相比，可大幅改善铜元素在晶界的富集现象，提高了铝锂合金的组织和力学性能均匀性，改善铝锂合金板材力学性能不均匀的问题。
2、为了消除合金组织缺陷对合金后续加工性能的影响，本发明铝锂合金热变形前进行了合理的均匀化热处理。本发明所制备得到的铝锂合金中铜元素含量较高，强度好，通过熔铸和热处理工艺改善凝固过程中的枝晶偏析，可较好的消除晶界附近析出的富铜相，解决晶粒内部化学成分不均匀的问题，提高合金制品的强度、塑韧性、热加工性能及各项特异性能。
3、为了改善铝锂合金韧性不足的问题，本发明铝锂合金冷变形后进行了蠕变时效处理，有效减少晶界无序析出相对性能的破坏；从而在改善铝锂合金力学性能的同时，还能提高合金的韧性。
4、本发明的生产工艺可在传统铝锂合金板材制备基础上，解决铝锂合金生产过程中的组织偏析和力学性能较差的问题，进一步提高其工业化应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1中铸态铝锂合金的显微组织照片；
图2为本发明实施例1和对比例1中的板材照片，其中上图为实施例1，下图为对比例1；
图3为本发明实施例1和对比例1中均匀化后的显微组织；
图4为本发明实施例1和对比例1的应力应变曲线；
图5为本发明实施例2和对比例2中均匀化后的显微组织；
图6为本发明实施例2和对比例2的应力应变曲线；
图7为本发明实施例3和对比例3中均匀化后的显微组织；
图8为本发明实施例3和对比例3的应力应变曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下述实施例中所用原料均为普通市售产品。
实施例1
一种高强高韧铝锂合金板材，通过将铝锂合金铸锭利用四级均匀化处理、轧制、固溶、时效处理等工艺方法制备而成，其中，所述高强高韧铝锂合金板材由以下质量百分比的组分组成：Cu：4.2%，Li：1.0%，Mg：0.6%，Mn：0.3%，Zn：0.1%，Zr：0.1%，Ag：1.0%，其余为Al和不可避免的杂质元素，各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
所述高强高韧铝锂合金板材的生产工艺，具体步骤如下：
（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，配料烘干后装入加热炉中，将真空度抽至10Pa 以下，然后充入3000Pa氩气，升温至熔炼温度进行熔化、精炼，熔炼温度为780℃，精炼后静置，浇铸得到方形铸锭；显微组织如图1所示，可以看出铸锭组织中晶粒分布均匀，无明显缩孔缩松缺陷，其氢含量低于10ppm；
（2）一级均匀化处理：在室温条件下，将步骤（1）得到的铝锂合金铸锭装入加热炉中，随炉加热；所述加热炉通过外接热电偶进行导热，加热过程中，首先通过外接热电偶使加热炉内温度达到T1温度430℃，待加热炉炉显温度和外接热电偶温度稳定后，开始第一级均匀化处理，保温10h；
（3）二级均匀化处理：一级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T2温度450℃，待加热炉炉显温度和外接热电偶温度稳定后，开始第二级均匀化处理，保温12h；
（4）三级均匀化处理：二级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T3温度490℃，待加热炉炉显温度和外接热电偶温度稳定后，开始第三级均匀化处理，保温12h；
（5）四级均匀化处理：三级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T4温度505℃，待加热炉炉显温度和外接热电偶温度稳定后，开始第四级均匀化处理，保温12h，经过四级均匀化处理后空冷至室温；得到的铸锭显微组织如图3中左图所示，从图3左图中可以看出，经过四级均匀化处理后，晶界处的第二相大部分得以熔解；
（6）轧制：将步骤（5）得到的铸锭置于加热炉中升温至420℃，待炉温稳定后保温8h后，然后在此温度下进行轧制，单道次变形量控制在20%，轧制总变形量控制在90%，轧制时间为5min，得到规格为12*100*600mm的板材；
（7）固溶、冷变形处理：将轧制后的板材随炉加热，升温至520℃，待炉温稳定后保温2h，然后水冷至室温；将固溶后的板材进行8%的冷变形预拉伸；
（8）蠕变时效处理：将冷变形预拉伸后的板材施加200MPa的拉应力进行拉伸，然后随炉加热升温至150℃，待炉温稳定后保温48h，再空冷至室温，即得规格为11*100*650mm的板材。
采用本实施例所述的高强高韧铝锂合金板材的生产工艺可使铸锭组织均匀，极大的消除组织偏析，保证合金化学成分充分均匀化；同时可避免均匀化温度过高使铸锭出现过烧现象。
所述加热炉为电阻式加热炉，其加热速率为5~10℃/min，本实施例中优选为5℃/min，通过外接热电偶对加热炉进行导热，可在一定幅度范围下使得加热炉控制精度更加精准，且使控温精度保持在±5℃，可有效降低工业生产成本。
在进行四级均匀化处理前，将真空熔铸得到的铸锭切割至合适的尺寸，以不超过加热炉炉膛内腔的2/3体积为宜；将切割后的铸锭放入炉膛内进行均匀化处时，铸锭切割块之间应留有30~50cm的间隙，本实施例中优选为30cm的间隙。
具体的，加热过程中，在炉门和铸锭表面接触位置放置外接热电偶，以炉显温度和外接热电偶温度相同为温度判定依据；当炉显温度和外接热电偶温度相同且温度稳定后，均匀化处理的保温开始计时。
所述轧制方式为往复轧制。
对比例1
对比例1提供了一种采用两级级均匀化处理生产铝锂合金板材的方法，对比例1所述的铝锂合金板材的元素组成与实施例1相同。
对比例1的生产工艺具体包括以下步骤：
（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，配料烘干后装入加热炉中，将真空度抽至10Pa 以下，然后充入3000Pa氩气，升温至熔炼温度进行熔化、精炼，熔炼温度为780℃，精炼后静置，浇铸得到方形铸锭；
（2）一级均匀化处理：在室温条件下，将步骤（1）得到的铝锂合金铸锭装入加热炉中，随炉加热；所述加热炉通过外接热电偶进行导热，加热过程中，首先通过外接热电偶使加热炉内温度达到T1温度460℃，待加热炉炉显温度和外接热电偶温度稳定后，开始第一级均匀化处理，保温12h；
（3）二级均匀化处理：一级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T2温度505℃，待加热炉炉显温度和外接热电偶温度稳定后，开始第二级均匀化处理，保温12h，经过两级均匀化处理后空冷至室温；得到的铸锭显微组织如图3右图所示，从图3右图显微组织中可看出，经两级均匀化处理后，晶界处仍有较多粗大的第二相；
（6）轧制：将步骤（5）得到的铸锭置于加热炉中升温至420℃，待炉温稳定后保温8h后，然后在此温度下进行轧制，轧制时间为4min，单道次变形量控制在20%，轧制总变形量控制在90%，得到规格为12*100*600mm的板材；
（7）固溶、冷变形、时效处理：将轧制后的板材随炉加热，升温至520℃，待炉温稳定后保温2h，然后水冷至室温；将固溶后的板材进行8%的冷变形预拉伸；将冷变形预拉伸后的板材升温至150℃，待炉温稳定后保温48h，再空冷至室温，即得规格为11*100*650mm的板材。
实施例1和对比例1获得的板材照片如图2所示，从图2中可以看出，本发明中的板材合金化程度较高，熔铸时存在较大内应力，实施例1中的板材在轧制过程中板材边部开裂情况较少，对比例1中的板材边部存在部分开裂情况。实施例1中的板材经四级均匀化处理后，Cu元素分布较为均匀，在轧制过程中，因元素偏析导致的局部力学性能不均匀的现象较弱，在轧制变形过程中表现为更好的热加工能力，轧制时有较好的板形质量。
经检测，实施例1与对比例1产品力学性能结果如附图4所示，其中，实施例1的抗拉强度可达624MPa左右，屈服强度可达582MPa，延伸率可达10.6%左右；对比例1的抗拉强度为590MPa，屈服强度为542MPa，延伸率为9.4%；对比例1和实施例1相比，强度和延伸率均有一定程度的下降。
经检测，实施例1中板材的断裂韧性KIC为34.6 MPa·m1/2，对比例1中板材的断裂韧性为21.7 MPa·m1/2，说明本发明的工艺方法经四级均匀化各蠕变时效处理后，可使析出相在晶内分布更加均匀，减少晶界析出相富集，最终使板材断裂韧性大幅提高。
实施例2
一种高强高韧铝锂合金板材，通过将铝锂合金铸锭利用四级均匀化处理、轧制、固溶、时效处理等工艺方法制备而成，其中，所述高强高韧铝锂合金板材由以下质量百分比的组分组成：Cu：4.6%，Li：1.3%，Mg：0.6%，Mn：0.3%，Zn：0.2%，Zr：0.1%，Ag：0.8%，其余为Al和不可避免的杂质元素，各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
实施例2所述高强高韧铝锂合金板材的生产工艺与实施例1的不同之处在于：
步骤（1）中，熔炼温度为780℃；
实施例2经过四级均匀化处理后得到的铸锭显微组织如图5左图所示，从图5左图中可以看出，经过四级均匀化处理后，晶界处的第二相大部分得以熔解；
步骤（6）中，轧制单道次变形量为22%，总变形量控制在94%，得到规格为8*100*900mm的板材。
对比例2
对比例2提供了一种采用两级级均匀化处理生产铝锂合金板材的方法，对比例2所述的铝锂合金板材的元素组成与实施例2相同。
对比例2的生产工艺与对比例1的不同之处在于：
步骤（6）中，轧制单道次变形量为22%，总变形量控制在94%，得到规格为8*100*900mm的板材。
对比例2经过两级均匀化处理后得到的铸锭显微组织如图5右图所示，从图5右图中可以看出，经两级均匀化处理后，晶界处仍有较多粗大的第二相。
与对比例2相比，实施例2中的板材在轧制过程中的裂边情况较少，最终测得实施例2与对比例2产品力学性能结果如附图6所示。
经检测，，实施例2的抗拉强度可达626MPa左右，屈服强度可达578MPa，延伸率可达10.5%左右；对比例2的抗拉强度为584MPa，屈服强度为544MPa，延伸率为9.2%；对比例2和实施例2相比，经两级均匀化处理后，板材的强度同样有一定程度的下降。
经检测，实施例2中板材的断裂韧性KIC为33.7 MPa·m1/2，对比例2中板材的断裂韧性为22.4 MPa·m1/2，实施例2中板材断裂韧性同样大幅提高。
实施例3
一种高强高韧铝锂合金板材，通过将铝锂合金铸锭利用四级均匀化处理、轧制、固溶、时效处理等工艺方法制备而成，其中，所述高强高韧铝锂合金板材由以下质量百分比的组分组成：Cu：5.0%，Li：1.6%，Mg：0.6%，Mn：0.3%，Zn：0.2%，Zr：0.1%，Ag：1.0%，其余为Al和不可避免的杂质元素，各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
实施例3所述高强高韧铝锂合金板材的生产工艺与实施例1的不同之处在于：
步骤（1）中，熔炼温度为780℃；
实施例3经过四级均匀化处理后得到的铸锭显微组织如图7左图所示，从图7左图中可以看出，经过四级均匀化处理后，晶界处的第二相大部分得以熔解；
步骤（6）中，轧制单道次变形量控制在25%，总变形量控制在95%，得到规格为6*100*1200mm的板材。
对比例3
对比例3提供了一种采用两级级均匀化处理生产铝锂合金板材的方法，对比例3所述的铝锂合金板材的元素组成与实施例3相同。
对比例3的生产工艺与对比例1的不同之处在于：
步骤（6）中，轧制单道次变形量为25%，总变形量控制在95%，得到规格为6*100*1200mm的板材。
对比例3经过两级均匀化处理后得到的铸锭显微组织如图7右图所示，从图7右图中可以看出，经两级均匀化处理后，晶界处仍有较多粗大的第二相。
经检测，实施例3与对比例3产品力学性能结果如附图8所示，其中，实施例3的抗拉强度可达623MPa左右，屈服强度可达580MPa，延伸率可达9.6%左右；对比例3的抗拉强度为592MPa，屈服强度为556MPa，延伸率为8.1%；对比例3和实施例3相比，经两级均匀化处理后，板材的强度有一定程度的下降，力学性能较差。
经检测，实施例3中板材的断裂韧性KIC为32.6 MPa·m1/2，对比例3中板材的断裂韧性为22.1 MPa·m1/2，实施例3中板材断裂韧性同样得到较大程度的改善。
本发明通过对铝锂合金成分进行调整，并设计了一种新型铝锂合金热处理工艺，得到了力学性能较高的铝锂合金板材。实施例1-3中的铝锂合金铸锭经四级均匀化处理后，组织分布较为均匀，再经后续热处理处理后，力学性能较好，相比之下，对比例1-3中的铝锂合金铸锭经两级均匀化处理后，晶界处明显存在粗大的第二相，表明两级均匀化处理未能使铝锂合金组织成分均匀。又通过蠕变时效的方法，可有效促进析出相在晶内均匀分布，减少晶界处连续析出相和晶界无析出区域的消除，从而减少晶界无序析出相对韧性的破坏，最终可使铝锂合金板材在保持较高力学性能的同时，得到远高于传统工艺生产的板材的韧性。
综上所述，采用本发明的生产工艺采用增加均匀化级数和蠕变时效相结合的方式，改善均匀化时第二相的溶解比例、改善时效时析出物的分布均匀性和析出位置，制备得到的铝锂合金板材，可有效解决铝锂合金生产过程中的组织偏析和力学性能较差的问题，扩大了铝锂合金的应用领域，具有较好的应用前景。
应用实例1
铝锂合金目前已成为新一代航空航天发展的重要组成材料，本发明所述高强高韧铝锂合金板材，具有密度低、比强度高、弹性模量高、良好的韧性和耐腐蚀性等特点。本发明实施例1-3中的铝锂合金板材具有较高的强度和延伸率、较高的比强度和冲击韧性，在航空航天领域，可替代7XXX铝合金作为机身翼梁、桁架等承载结构件使用，可在提升力学性能的同时，有效减轻结构件重量，具有良好的应用前景。
以上对本发明的具体实施案例进行了描述，需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式。本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种高强高韧铝锂合金板材，其特征在于，所述高强高韧铝锂合金板材采用铝锂合金铸锭制备得到，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.2%，Li：1.0~1.9%，Mg：0.4~0.8%，Mn：0.2~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.2%，Zn：0.1~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素；
所述高强高韧铝锂合金板材通过如下步骤制备得到：
（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，然后抽真空至10Pa 以下，进行真空熔铸，得到铸锭；
（2）均匀化处理：将步骤（1）得到的铸锭在400~520℃的温度下均匀化处理6~66h，均匀化处理后水冷或空冷至室温；
（3）轧制：将均匀化处理后的铸锭升温至400~450℃，保温8~14h后，然后在此温度下进行轧制，轧制时间控制在5min以内；
（4）固溶处理：将轧制后的板材升温至500~520℃，保温1~3h，然后水冷或空冷至室温；
（5）时效处理：将固溶处理后的板材升温至150~170℃，保温32~48h，然后水冷或空冷至室温，即得最终的板材产品；
步骤（2）中，均匀化处理为四级均匀化处理，具体步骤为：
a. 一级均匀化处理：在室温条件下，将真空熔铸得到的铝锂合金铸锭进行加热；当温度达到400~440℃时，开始第一级均匀化处理，保温6~10h；
b. 二级均匀化处理：一级均匀化处理结束后，升温至420~450℃，开始第二级均匀化处理，保温8~16h；
c. 三级均匀化处理：二级均匀化处理结束后，升温至450~490℃，开始第三级均匀化处理，保温12~16h；
d. 四级均匀化处理：三级均匀化处理结束后，升温至490~520℃，开始第四级均匀化处理，保温12~24h，经过四级均匀化处理后水冷或空冷至室温；
步骤（3）中，轧制时，单道次变形量控制在20~30%，总变形量控制在80~95%；
步骤（4）中，将固溶后的板材进行冷变形预拉伸，变形量控制在6~12%；
步骤（5）中，时效处理前，将预拉伸后的板材在70~260MPa的应力下拉伸。
2.根据权利要求1所述的高强高韧铝锂合金板材，其特征在于，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.0%，Li：1.0~1.6%，Mg：0.5~0.6%，Mn：0.3~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.0%，Zn：0.2~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1或2所述的高强高韧铝锂合金板材的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，然后抽真空至10Pa 以下，进行真空熔铸，得到铸锭；
（2）均匀化处理：将步骤（1）得到的铸锭在400~520℃的温度下均匀化处理6~66h，均匀化处理后水冷或空冷至室温；
（3）轧制：将均匀化处理后的铸锭升温至400~450℃，保温8~14h后，然后在此温度下进行轧制，轧制时间控制在5min以内；
（4）固溶处理：将轧制后的板材升温至500~520℃，保温1~3h，然后水冷或空冷至室温；
（5）时效处理：将固溶处理后的板材升温至150~170℃，保温32~48h，然后水冷或空冷至室温，即得最终的板材产品。
4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，步骤（1）中，真空熔铸工艺为：将合金原料配料后，抽真空至10Pa 以下，然后充入3000Pa的氩气，再升温至不超过870℃的熔炼温度开始精炼，精炼后静置，浇铸，得到铸锭。
5.权利要求1或2所述高强高韧铝锂合金板材在制备航空航天零部件中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211452410.0A CN115710662B (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211452410.0A CN115710662B (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115710662A CN115710662A (zh) | 2023-02-24 |
| CN115710662B true CN115710662B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=85233898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211452410.0A Active CN115710662B (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115710662B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117187642B (zh) * | 2023-11-03 | 2024-04-02 | 中铝材料应用研究院有限公司 | 一种超高强高韧Al-Cu-Li-Mg-Zn-Mn-Zr合金板材及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101855376A (zh) * | 2007-09-21 | 2010-10-06 | 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 | 适于航空应用的Al-Cu-Li合金产品 |
| CN107164646A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-15 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种铝合金材料的制备方法 |
| CN107460382A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-12-12 | 江苏大学 | 各向同性超强耐蚀铝合金轧制板材及制备方法 |
| DE202017100517U1 (de) * | 2017-01-31 | 2018-05-03 | Aleris Rolled Products Germany Gmbh | Al-Cu-Li-Mg-Mn-Zn Knetlegierungsprodukt |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211452410.0A patent/CN115710662B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101855376A (zh) * | 2007-09-21 | 2010-10-06 | 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 | 适于航空应用的Al-Cu-Li合金产品 |
| DE202017100517U1 (de) * | 2017-01-31 | 2018-05-03 | Aleris Rolled Products Germany Gmbh | Al-Cu-Li-Mg-Mn-Zn Knetlegierungsprodukt |
| CN107164646A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-15 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种铝合金材料的制备方法 |
| CN107460382A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-12-12 | 江苏大学 | 各向同性超强耐蚀铝合金轧制板材及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115710662A (zh) | 2023-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108823472B (zh) | 一种高强韧Al-Zn-Mg-Cu系铝合金及其热处理方法 | |
| CN109355538B (zh) | 一种高强7系铝合金管材生产工艺 | |
| CN108425050B (zh) | 一种高强高韧铝锂合金及其制备方法 | |
| WO2021008428A1 (zh) | 一种超高强铝锂合金及其制备方法 | |
| CN110396629B (zh) | 一种800MPa级铝合金挤压型材及其制备方法 | |
| CN111074123A (zh) | 一种航空用7055合金生产方法 | |
| CN110042333A (zh) | 一种航空用625MPa级大规格铝合金预拉伸板材的制造方法 | |
| CN113444940A (zh) | 一种高强高韧耐蚀7055铝合金中厚板材的制备方法 | |
| CN112553511B (zh) | 一种6082铝合金材料及其制备方法 | |
| CN111850363A (zh) | 一种航空用高损伤容限型铝合金及制备方法 | |
| CN115710662B (zh) | 一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺 | |
| CN111235443A (zh) | 一种低加工变形2系铝合金板材的制备方法 | |
| CN111560550A (zh) | 一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法 | |
| CN114262828B (zh) | 一种超高强7系铝合金及其加工工艺 | |
| CN111020313A (zh) | 一种5系铝合金型材的生产工艺 | |
| CN111074121B (zh) | 铝合金及其制备方法 | |
| CN113308653B (zh) | 一种基于喷射成形的铝锂合金热处理制备方法 | |
| JPH05501588A (ja) | 冷間圧延特性を改良した板またはストリップ材の製造方法 | |
| CN112375947A (zh) | 半导体设备精密结构件用6系铝合金板材的制备方法 | |
| CN115418534B (zh) | 一种8090铝锂合金细晶板材及其制备方法 | |
| CN115011824B (zh) | 一种高强度和高抗蠕变性能镁合金及其制备方法和应用 | |
| CN114480933B (zh) | 一种特高强铝合金及其制备方法和应用 | |
| CN114686735A (zh) | 一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法 | |
| CN114807707A (zh) | 一种高强度变形镁合金及其制备方法 | |
| CN114540686A (zh) | 一种多元微合金化高强高模双相镁锂合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |