本发明专利技术公开了一种中高强耐损伤铝锂合金材料及其制备方法，由如下质量百分比的组分组成：锂0.5‑2％、铜2‑5％、镁0.2‑0.7％、银0.1‑0.5％、锰0.1‑0.6％、钛0.01‑0.15％、锆0.08‑0.15％、钌0.05‑0.6％、铒0‑0.15％、余量为铝。本发明专利技术通过往合金中添加少量具有更强熔体净化能力的稀贵金属元素钌，制备的铝锂合金具有高比强度、高塑形、高韧性和优良的耐腐蚀性能，大大提升了合金的综合力学性能。
A Medium High Strength Damage Resistant Al-Li Alloy Material and Its Preparation Method and Application
The invention discloses a medium-high strength damage-resistant Al-Li alloy material and a preparation method, which consists of the following components: lithium 0.5 2%, copper 2 5%, magnesium 0.2 0.7%, silver 0.1 0.5%, manganese 0.1 0.6%, titanium 0.01 0.15%, zirconium 0.08 0.15%, thorium 0.05 0.6%, erbium 0.15%, and residual aluminum. By adding a small amount of ruthenium, a rare metal element with stronger melt purification ability, the prepared Al-Li alloy has high specific strength, high plasticity, high toughness and excellent corrosion resistance, and greatly improves the comprehensive mechanical properties of the alloy.
【技术实现步骤摘要】
一种中高强耐损伤铝锂合金材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种铝锂合金材料及其制备方法，尤其涉及一种全新成分铝锂合金材料的制备方法。
技术介绍
锂作为最轻的金属元素，将锂作为合金元素添加到铝合金中形成的铝锂合金相比于传统的2xxx和7xxx系铝合金，一直因为其低密度，高的比强度和比刚度而受到航空、航天等领域的广泛关注。实际应用中，要做到保持合金强度的同时拥有优良的塑形和耐损伤性能是非常困难的。为解决这一问题，研究人员通过添加微量稀土元素来改善合金的某些性能，在铝合金中添加稀土元素铒形成的弥散分布并且与铝基体共格的高熔点Al3Er相能够有效地抑制再结晶，提高合金力学性能。钌作为一种稀贵金属，具有高的熔点，优良的耐腐蚀性能，能与铝结合形成一系列高熔点中间化合物，有助于改善铝合金性能。现有技术中，公开号CN102358945B，名称为“熔盐电解制备不同金属间化合物的铝铒或铝锂铒合金的方法”的专利文件中公开了一种熔盐电解共还原制备含有强化相的铝锂铒合金的方法。根据该专利在铝合金中添加Er的目的在于改善合金的铸态组织，细化枝晶组织，提高合金的硬度和抗拉强度等力学性能，同时增加合金的抗腐蚀性，并减轻杂质的危害。但其并未研究如何在保证强度的同时提高延伸率以及抗疲劳的问题。另外“一种Al-Mg-Er系焊丝及其制备工艺”(公开号CN101716704A)涉及一种含铒的铝镁合金焊丝的制备方法，在含铜铝锂合金中，未见添加铒的相关报道。该专利中添加Er主要是为了提升焊缝金属的强度。公开号CN106555085A，“一种铝合金”报道了在一种非铝锂合金的制备方法，其中钌的含量在0.01-0.04wt％，未阐述钌在合金中所起的作用，且其所得产品的强度以及综合性能很难适应新型航空器械的需求。公开号CN102978477A，“Al-Fe-Ru-Re铝合金及其制备方法和电力电缆”中公开了一种电力电缆线芯铝合金的制备方法，钌作为高温强化相，具有提高再结晶温度，抑制再结晶粗化的作用，能够实现对铝合金的固溶强化、补充强化以及提高耐热性能。同样的，在铝锂合金中未见添加钌作为合金元素的报道。
技术实现思路
针对现有航空用铝锂合金存在的不足之处，为了满足下一代航空器材的要求，本专利技术通过改进合金成分设计和工艺控制，得到了抗拉强度大于460MPa、屈服强度大于415MPa、延伸率大于等于13％、且抗疲劳性能优良的的特种航空用铝锂合金。本专利技术提供一种中高强耐损伤铝锂合金材料，以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.5-2％，铜2-5％，镁0.2-0.7％，银0.1-0.5％，锰0.1-0.6％，钛0.01-0.15％，锆0.08-0.15％，钌0.05-0.6％，铒0-0.15％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。作为优选方案，本专利技术一种中高强耐损伤铝锂合金材料，以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.8-1.2％，铜3.0-4.0％，镁0.3-0.5％，银0.3-0.4％，锰0.3-0.4％，钛0.08-0.15％，锆0.08-0.15％，钌0.1-0.4％，铒0.08-0.15％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。作为进一步的优选方案，本专利技术一种中高强耐损伤铝锂合金材料，以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.9％，铜3.9％，镁0.35％，银0.3％，锰0.4％，钛0.1％，锆0.1％，钌0.25％，铒0.1％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。作为进一步的优选方案，本专利技术一种中高强耐损伤铝锂合金材料，所述铝锂合金的密度为2.685-2.695g/cm3、抗拉强度为462MPa、屈服强度为420MPa、延伸率为15.3％。作为进一步的优选方案，本专利技术一种中高强耐损伤铝锂合金材料，所述铝锂合金在采用M(T)试样常温实验室空气条件下应力比R＝0.1时具有优良的抗疲劳裂纹扩展性能，da/dN≤1.5×10-3mm/cyc(ΔKp＝30MPa·m1/2)。本专利技术一种铝锂合金材料的制备方法；包括以下步骤：1)将材料按所述质量比进行配料，在保护气氛下进行熔炼，熔炼温度首先维持在780-810℃待纯铝锭完全熔化后，按预先配制的比例依次加入铜、锰、银、锆、钌高熔点合金元素或其中间合金，待熔化后充分搅拌3-5分钟；2)在氩气气氛下，将熔炼温度调整至740-760℃，铝箔包好的纯锂用盅罩压入铝合金熔体中，保持完全没入状态3-5分钟，待纯锂完全溶解后搅拌均匀，然后依次加入铒、镁、钛合金元素或其中间合金，待熔化后充分搅拌3-5分钟；得到合金熔体；3)对合金熔体进行精炼除气，按合金熔体配料总质量的1-2％加入六氯乙烷，精炼完成之后扒渣，调整炉温至720-730℃，加入氟化锂、氯化锂与二水合氟化钾1：1：1质量比配比制成的覆盖剂与精炼剂，防止合金氧化吸气，静置5-15分钟，浇注入模具中，模具在浇注前需要在300-400℃进行预热处理；得到得到铸锭；所述铸锭经退火处理、轧制、固溶、时效处理得到成品。作为优选方案一种铝锂合金材料的制备方法，所述退火的温度为490-530℃、时间为16-24小时；所述轧制依次包括热轧和冷轧；所述热轧的开轧温度为410-460℃、终轧温度为280-330℃，热轧的总变形量为60-80％；所述冷轧的总变形量为70-90％；所述固溶为盐浴固溶，盐浴固溶的温度为510-550℃，时间为30-90分钟。所述时效处理为单级时效，时效温度的为150-170℃，时效时间为24-50小时。在工业上应用时，浇注前，采用光谱分析法检测熔炼完成的合金熔体，确定其成分在范围之内。如不在范围内，进行微调。本专利技术一种铝锂合金的应用；所述铝锂合金用作结构材料。作为优选方案，本专利技术一种铝锂合金的应用；所述铝锂合金用作航空航天结构材料。所述航空航天结构材料包括飞机的地梁、飞机机翼的蒙皮。所述结构材料还可用作动车车厢内部连接构件等。原理和优势本专利技术通过适量各组分和制备工艺的协同作用，得到了密度为2.65-2.71g/cm3、优选为2.685-2.695g/cm3，抗拉强度为462-473MPa，屈服强度为420-436MPa，延伸率为9.8-15.3％、优选为15.3％的高性能铝锂合金；该铝锂合金在采用M(T)试样常温实验室空气条件下应力比R＝0.1时具有优良的抗疲劳裂纹扩展性能，da/dN≤1.5×10-3mm/cyc(ΔKp＝30MPa·m1/2)。所开发的铝锂合金完全可以替代现有市面上的轻质航空铝锂合金。同时其还为下一代航空器械的设计和制备提供了必要的技术支持。本专利技术的优势在于：1、本专利技术提供了一种铝锂合金，同时满足对低密度、高弹性模量、高比强度和比刚度、高韧塑性、优良的加工成形性、低温性能、耐损伤和可焊接的多种需要。2、本专利技术可适当控制提高金属锂的含量，满足对更高的比刚度、比强度的需要。3、本专利技术可通过控制铜含量和锂含量的比例，实现对材料强度、韧塑形、耐损伤和焊接性能的有效调控。4、本铝锂合金材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中高强耐损伤铝锂合金材料，其特征在于；以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.5‑2％，铜2‑5％，镁0.2‑0.7％，银0.1‑0.5％，锰0.1‑0.6％，钛0.01‑0.15％，锆0.08‑0.15％，钌0.05‑0.6％，铒0‑0.15％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。
【技术特征摘要】
1.一种中高强耐损伤铝锂合金材料，其特征在于；以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.5-2％，铜2-5％，镁0.2-0.7％，银0.1-0.5％，锰0.1-0.6％，钛0.01-0.15％，锆0.08-0.15％，钌0.05-0.6％，铒0-0.15％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。2.根据权利要求1所述的一种铝锂合金材料，其特征在于；以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.8-1.2％，铜3.0-4.0％，镁0.3-0.5％，银0.3-0.4％，锰0.3-0.4％，钛0.08-0.15％，锆0.08-0.15％，钌0.1-0.4％，铒0.08-0.15％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。3.根据权利要求2所述的一种铝锂合金，其特征在于；以质量百分比计，由下述组分组成：锂0.9％，铜3.9％，镁0.35％，银0.3％，锰0.4％，钛0.1％，锆0.1％，钌0.25％，铒0.1％，不可避免的杂质元素含量控制在0.2wt％以下，其中铁元素含量控制在0.05wt％以下，硅元素控制在0.07wt％以下，余量为铝。4.根据权利要求3所述的一种铝锂合金，其特征在于；所述铝锂合金的密度为2.685-2.695g/cm3、抗拉强度为462MPa、屈服强度为420MPa、延伸率为15.3％。5.根据权利要求3所述的一种铝锂合金，其特征在于；所述铝锂合金在采用M(T)试样常温实验室空气条件下应力比R＝0.1时具有优良的康疲劳裂纹扩展性能，da/dN≤1.5×10-3mm/cyc(ΔKp＝30MPa·m1/2)。6.一种制备如权利要求1-3任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁叔全，梁强，余琨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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