一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法技术

一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，所述制备方法包括：将工艺塑性改善后的板坯放入轧制设备中进行高温轧制变形以形成热轧板；从轧制设备取出热轧板进行固溶淬火处理；将重新固溶淬火处理后的热轧板放入轧制设备中进行室温轧制变形以形成板材；从轧制设备取出室温轧制后的板材进行过时效处理；将过时效处理铝锂合金板材放入轧制设备中进行低温轧制；从轧制设备取出低温轧制后的板材进行再结晶退火处理后，进行空冷以制备铝锂合金超塑细晶板材。本发明专利技术通过锻压方式开坯改善铝锂合金板坯的工艺塑性，然后通过高温轧制、固溶淬火、室温轧制、过时效处理、低温轧制、再结晶退火等工艺，制备出晶粒细小(6～10μm)、尺寸分布均匀的铝锂合金超塑细晶板材。

A preparation method of superplastic fine grain aluminum lithium alloy plate

【技术实现步骤摘要】
一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法
本专利技术涉及铝合金热加工
，特别是涉及一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法。
技术介绍
第三代铝锂合金作为一种新型的铝锂合金，不仅具有传统铝锂合金低密度、高弹性模量等性能，同时具有超高强度、优良的可锻性、可焊性等，在航空航天工业中具有广泛的应用前景。超塑性成形技术具有良好的成形精度，是一种低成本、高效的特种成形方法，将超塑性成形技术应用于铝锂合金复杂构件的整体精确成型，可以进一步减重，提高整体刚度，减少装配时间和难度，对拓展铝锂合金的应用领域、提高产品性能和经济效益具有重要意义，是推动现代航空航天发展的重要技术。对于铝锂合金的超塑性成形技术而言，超塑细晶板材的制备是影响铝锂合金超塑性成形的关键因素之一。传统细化晶粒的方法主要有强塑性变形法和形变热处理法，其中强塑性变形法主要包括高压扭转、等通道角挤压、多向锻造和摩擦搅拌等，通过这类方法可将材料晶粒细化至亚微米级甚至纳米级，但是通过这类方法无法制备出大尺寸部件，同时成本较高，无法应用于实际工业生产；然而，形变热处理法则突破了这些限制，利用粒子激发再结晶形核机制来细化晶粒，即首先将材料进行高温过时效，析出大量的大尺寸第二相，在随后的轧制过程中，这些大尺寸第二相的周围形成强烈的变形区，为随后的再结晶退火提供大量的形核位置，达到细化晶粒的目的。然而，国内采用形变热处理方法制备的铝锂合金超塑细晶板材存在晶粒尺寸不够细小、尺寸分布不均匀等问题，超塑细晶板材成形性能与国外存在一定的差距。国内铝合金超塑细晶板材制备通常采用传统熔铸铝锂合金锭坯进行开坯轧制，并通过形变热处理方法制备铝合金超塑细晶板材。然而，传统熔铸铝锂合金晶粒尺寸较大、宏观偏析严重，室温塑性加工性能差，而使其在低温变形时很容易开裂，采用传统冷轧或温轧的形变热处理法很难细化铝锂合金晶粒。传统熔铸铝锂合金铸锭组织存在显著的宏观偏析、晶粒粗大、尺寸分布不均匀，使得后续组织变形不均匀，不同晶粒变形过程中储存能差异较大，这不利于后续的均匀再结晶晶粒细化。此外，轧制预热温度和中间退火温度对板材轧制开裂和晶粒细化具有显著影响。初始开轧温度较低时容易产生轧制开裂，开轧温度提高并增加中间退火工艺尽管可以改善板材的轧制开裂问题，但合金会发生明显的部分再结晶，位错密度大大降低，随后的退火再结晶晶粒较为粗大，晶粒细化效果下降。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，采用喷射成形技术形成铝锂合金锭坯，通过锻压方式开坯改善铝锂合金锭坯的工艺塑性，然后通过高温轧制、固溶淬火、室温轧制、过时效处理、低温轧制、再结晶退火等工艺，最终制备出晶粒细小(6～10μm)、尺寸分布均匀的铝锂合金超塑细晶板材。一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，所述制备方法包括：将通过锻压开坯进行工艺塑性改善后的板坯放入轧制设备中进行高温轧制变形以形成热轧板；从轧制设备取出热轧板进行固溶淬火处理；将重新固溶淬火处理后的热轧板放入轧制设备中进行室温轧制变形以形成板材；从轧制设备取出室温轧制后的板材进行过时效处理；将过时效处理铝锂合金板材放入轧制设备中进行低温轧制；从轧制设备取出低温轧制后的板材进行再结晶退火处理后，进行空冷以制备铝锂合金超塑细晶板材。进一步地，所述将工艺塑性改善后的板坯放入轧制设备中进行高温轧制变形以形成热轧板的步骤之前，所述制备方法还包括：将喷射成形的铝锂合金锭坯放入挤压筒和挤压模具中进行挤压致密化处理；从挤压模具取出挤压致密化处理后的铝锂合金锭坯进行均匀化处理；将进行均匀化处理后的铝锂合金锭坯放入锻压设备中进行锻压开坯以形成方坯；从方坯上切取所需规格的板坯进行固溶淬火处理以形成工艺塑性改善后的板坯。进一步地，所述将喷射成形的铝锂合金锭坯放入挤压筒和挤压模具中进行挤压致密化处理的步骤具体包括：通过喷射成形技术制备铝锂合金坯料；去除铝锂合金坯料表面的氧化皮，并将铝锂合金坯料切割形成铝锂合金短棒；将铝锂合金短棒放入挤压筒和挤压模具中进行挤压致密化处理。进一步地，所述铝锂合金短棒的合金型号为2195，直径为550mm、长度为800～1200mm。进一步地，挤压筒的温度为420～450℃，挤压模具的温度为380～420℃，制品速度为0.15～0.25m/min，挤压比为8～10；均匀化处理的温度为450～490℃，保温时间为8～10h；锻造温度为420℃～480℃；固溶温度为450～520℃，固溶时间为1～4h，淬火水温为55-70℃。进一步地，高温轧制的开轧温度为400～480℃，轧制变形量为30％～40％；固溶温度为450～510℃，固溶时间为1～3h；室温轧制的总轧制变形量为50％～70％；过时效处理的过时效温度为250～350℃，时效时间为24～72h；低温轧制的保温温度为150～250℃，保温时间为2～4h，开轧温度为150～250℃，总变形量为75～95％；退火再结晶的退火温度为400～500℃，退火时间为10～90min。进一步地，所述工艺塑性改善后的板坯的金相显微组织中，晶粒形态均为等轴晶，尺寸范围为30～60μm，为标准中最细晶粒尺寸的1/5～1/3。进一步地，所述铝锂合金坯料的EDS面扫描图中，主合金元素Cu、Mg在整个合金基体中分布均匀。进一步地，当退火再结晶的退火温度为450℃、退火时间为20min时，铝锂合金超塑细晶板材发生了部分再结晶，再结晶晶粒尺寸为6-10μm。进一步地，当对铝锂合金超塑细晶板材进行热处理后，抗拉强度为662MPa，规定非比例延伸强度为647MPa，断后伸长率为9.5％，其中，热处理工艺具体为：固溶温度为510℃，固溶时间为2h；预拉伸变形量为3％；时效温度为155℃，时效时间为28h。综上，本专利技术采用喷射成形的铝锂合金锭坯作为原材料，克服了传统熔铸铝锂合金锭坯宏观偏析严重、晶粒粗大、尺寸分布不均匀等缺点，通过铝锂合金锭坯挤压致密化、均匀化处理、锻压开坯、固溶处理进行工艺塑性改善，再进行高温轧制、固溶淬火、室温轧制、过时效处理、低温轧制、再结晶退火等工艺，借助大变形量室温轧制预变形，并将过时效与中间退火工艺相结合，在低温塑性差的铝锂合金中实现了总变形大于90％的低温轧制变形，充分保留了铝锂合金变形储能的同时有效抑制板材开裂，实现晶粒细化，制备的铝锂合金超塑细晶板材晶粒细小(6～10μm)、尺寸分布均匀。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术中铝锂合金超塑细晶板材的制备方法的流程图。图2(a)是本专利技术中铝锂合金坯料喷射态的金相显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n将工艺塑性改善后的板坯放入轧制设备中进行高温轧制变形以形成热轧板；/n从轧制设备取出热轧板进行固溶淬火处理；/n将重新固溶淬火处理后的热轧板放入轧制设备中进行室温轧制变形以形成板材；/n从轧制设备取出室温轧制后的板材进行过时效处理；/n将过时效处理铝锂合金板材放入轧制设备中进行低温轧制；/n从轧制设备取出低温轧制后的板材进行再结晶退火处理后，进行空冷以制备铝锂合金超塑细晶板材。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将工艺塑性改善后的板坯放入轧制设备中进行高温轧制变形以形成热轧板；
从轧制设备取出热轧板进行固溶淬火处理；
将重新固溶淬火处理后的热轧板放入轧制设备中进行室温轧制变形以形成板材；
从轧制设备取出室温轧制后的板材进行过时效处理；
将过时效处理铝锂合金板材放入轧制设备中进行低温轧制；
从轧制设备取出低温轧制后的板材进行再结晶退火处理后，进行空冷以制备铝锂合金超塑细晶板材。


2.根据权利要求1所述的铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，其特征在于，所述将工艺塑性改善后的板坯放入轧制设备中进行高温轧制变形以形成热轧板的步骤之前，所述制备方法还包括：
将喷射成形的铝锂合金锭坯放入挤压筒和挤压模具中进行挤压致密化处理；
从挤压模具取出挤压致密化处理后的铝锂合金锭坯进行均匀化处理；
将进行均匀化处理后的铝锂合金锭坯放入锻压设备中进行锻压开坯以形成方坯；
从方坯上切取所需规格的板坯进行固溶淬火处理以形成工艺塑性改善后的板坯。


3.根据权利要求2所述的铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，其特征在于，所述将喷射成形的铝锂合金锭坯放入挤压筒和挤压模具中进行挤压致密化处理的步骤具体包括：
通过喷射成形技术制备铝锂合金坯料；
去除铝锂合金坯料表面的氧化皮，并将铝锂合金坯料切割形成铝锂合金短棒；
将铝锂合金短棒放入挤压筒和挤压模具中进行挤压致密化处理。


4.根据权利要求3所述的铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，其特征在于，所述铝锂合金短棒的合金型号为2195，直径为550mm、长度为800～1200mm。


5.根据权利要求4所述的铝锂合金超塑细晶板材的制备方法，其特征在于，挤压筒的温度为420～450℃，挤压模具的温度为380～420℃，制品速度为0.15～0.25m/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓光，徐严谨，韩宝帅，侯红亮，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11