一种高强度耐损伤铝锂合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强度耐损伤铝锂合金及其制备方法和应用，包括下述的步骤：获得包含按质量百分比计的下述元素的原料：Li：0.7～1.2％，Cu：3.5～4.0％，Zn：0.1～0.5％，Mg：0.5～1.0％，Ag：0.2～0.5％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.1～0.2％，Fe≤0.08％，Si≤0.08％，余量为Al，其中Cu与Li的总量4.0～5.5％，Cu与Li质量比2.9～5.0；将原料经熔炼铸造成铸锭，再将铸锭退火、热轧、中间退火、冷轧制成板材，然后再经过固溶淬火、预变形和时效处理，得到所述高强度耐损伤铝锂合金。本发明专利技术制得的铝锂合金及其薄板材具有低密度、高室温强度、低疲劳裂纹扩展速率、耐剥落腐蚀等综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐损伤铝锂合金及其制备方法和应用
本专利技术属于铝合金材料制备与加工
，尤其涉及一种高强度耐损伤铝锂合金及其制备方法和应用。
技术介绍
高比强度、高比刚度、低疲劳裂纹扩展速率的先进轻金属材料是减轻飞机结构重量、降低结构重量系数的主要措施之一。经验表明，材料密度降低10％，大体上可实现飞机结构减重10％；而材料力学性能(如：强度)提高10％，只能实现结构减重1％～3％左右。因此，研制高比强度、高比刚度、低疲劳裂纹扩展速率的轻合金材料，是实现飞机等交通运载工具结构重量降低最有效的方法。采用耐久性/损伤容限设计，在设计使用载荷/环境谱下，按照损伤容限设计的飞机结构，在给定的不修理使用期内，应使因未能查出的缺陷、裂纹和其他损伤的扩展而造成运载工具失效概率减至最小，以保证结构安全。为此，需要轻质材料具备更好的耐疲劳抗断裂能力。在铝合金中每添加1wt％Li，可使合金密度降低3％，弹性模量提高6％，而且具有较好的固溶强化效果。因此，铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能和耐腐蚀性以及良好的超塑性等优点。用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10％～15％，刚度提高15％～20％，是一种理想的航空航天结构材料。但现有的铝锂合金存在强度与耐损伤性能难以协同的问题。随着高性能交通运输装备对轻量化铝合金材料提出的照损伤容限设计更高要求，需要研制出具有低密度高强度低疲劳裂纹扩展速率的铝合金材料。目前成功应用于飞机的耐损伤抗疲劳裂纹扩展的铝锂合金薄板材典型材料是2060与1420等铝锂合金，其中2060铝锂合金系第三代高强Al-Cu-Li系合金，而1420是中强可焊的Al-Mg-Li系合金。1420铝锂合金尽管具有低密度(密度2.52g/cm3)与较好的焊接性能，但其屈服强度低于400MPa。而2060铝锂合金的屈服强度尽管能达到420MPa以上，但其密度大于2.71g/cm3，在R＝0.1、ΔK＝30MPa·m1/2时的疲劳裂纹扩展速率da/dN大于1.8×10-3mm/cycle。为了获得更好的低密度高强抗疲劳裂纹扩展的铝锂合金材料，需要从合金的成分与组织方面进行综合协同调控。本专利技术即是基于此提出的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高强度耐损伤铝锂合金及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种高强度耐损伤铝锂合金的制备方法，包括下述的步骤：获得包含按质量百分比计的下述元素的原料：Li：0.7～1.2％，Cu：3.5～4.0％，Zn：0.1～0.5％，Mg：0.5～1.0％，Ag：0.2～0.5％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.1～0.2％，Fe≤0.08％，Si≤0.08％，余量为Al，其中Cu与Li的总量4.0～5.5％，Cu与Li质量比2.9～5.0；将原料经熔炼铸造成铸锭，再将铸锭退火、热轧、中间退火、冷轧制成板材，然后再经过固溶淬火、预变形和时效处理，得到所述高强度耐损伤铝锂合金。进一步的，各元素含量为：Li：1.0～1.2％；Cu：3.6～3.8％；Zn：0.2～0.4％；Mg：0.6～0.8％；Ag：0.3～0.4％；Mn：0.15～0.25％；Zr：0.1～0.15％；Fe≤0.06％，Si≤0.06％，余量为Al。进一步的，Cu与Li的总量为4.5～5.0％，Cu与Li质量比为2.9～4.0。进一步的，所述退火为三级退火处理，具体为(300～400)℃×(2～8)h+(400～460)℃×(2～10)h+(480～500)℃×(20～30)h。进一步的，所述热轧变形温度为430～490℃，保温时间4～10h，进行多道次轧制，单次变形量不超过30％，每进行1道次轧制后保温0.5～1h，然后进行下一道次热轧。进一步的，所述中间退火温度390～440℃，保温时间0.5～5h，然后在室温下冷轧，冷轧变形量为50％-90％。进一步的，所述固溶淬火固溶温度500～530℃，固溶时间2h～8h，固溶处理后，进行室温水淬。进一步的，所述预变形量为2～6％，然后进行时效处理，时效温度120～160℃，时间15h～60h。一种高强度耐损伤铝锂合金，其由所述的方法制备得到，其抗拉强度为500～580MPa，屈服强度为450～540MPa，伸长率为10～15％，在R＝0.1、ΔK＝30MPa·m1/2时的疲劳裂纹扩展速率da/dN为8×10-4～1.25×10-3mm/cycle，剥落腐蚀PC～EB级。一种高强度耐损伤铝锂合金的应用，按所述的方法制备成铝锂合金薄板，将其应用于交通运输领域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过控制合金中Cu与Li的总量和比例，进而调控铸锭中结晶相含量及其分布，同时通过铸锭退火、热轧、中间退火、冷轧及形变热处理等步骤及工艺条件的改进与优化，与合金组成元素相匹配，控制材料的最终组织特征，制得的铝锂合金及其薄板材具有低密度、高室温强度、低疲劳裂纹扩展速率、耐剥落腐蚀等综合力学性能。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合较佳的实施例对本专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。在一些实施例中，本专利技术的高强度耐损伤铝锂合金，以质量百分比包括下述组分：Li：0.7～1.2％，更优选1.0～1.2％；Cu：3.5～4.0％，更优选3.6～3.8％；Zn：0.1～0.5％，更优选0.2～0.4％；Mg：0.5～1.0％，更优选0.6～0.8％；Ag：0.2～0.5％，更优选0.3～0.4％；Mn：0.1～0.3％，更优选0.15～0.25％；Zr：0.1～0.2％，更优选0.1～0.15％；Fe≤0.08％，Si≤0.08％，更优选Fe≤0.05％，Si≤0.05％，余量为Al。其中，Cu与Li的总量4.0～5.5％，更优选4.5～5.0％，Cu与Li质量比2.9～5.0，更优选2.9～4.0。Cu合金元素的作用是促进合金在时效过程中T1、θ'等富Cu强化相析出，提高合金的强度；抑制δ'相形核析出，减少共面滑移和应力集中情况，使位错运动由切过机制变为绕过机制，提高合金的塑性；同时使无沉淀析出带的宽度减小，抑制沿晶断裂发生，提高合金强塑性。而Li作为一种高模量低密度元素，添加在铝中能降低合金的密度，提高弹性模量。但Cu、Li含量的添加比例尤为关键，添加比例过高时，造成合金密度增加且易形成中间粗大相降低韧性；添加比例过低时，不易抑制δ'相的形成，造成应力集中程度增加和无沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度耐损伤铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：/n获得包含按质量百分比计的下述元素的原料：Li：0.7～1.2％，Cu：3.5～4.0％，Zn：0.1～0.5％，Mg：0.5～1.0％，Ag：0.2～0.5％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.1～0.2％，Fe≤0.08％，Si≤0.08％，余量为Al，其中Cu与Li的总量4.0～5.5％，Cu与Li质量比2.9～5.0；/n将原料经熔炼铸造成铸锭，再将铸锭退火、热轧、中间退火、冷轧制成板材，然后再经过固溶淬火、预变形和时效处理，得到所述高强度耐损伤铝锂合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐损伤铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：
获得包含按质量百分比计的下述元素的原料：Li：0.7～1.2％，Cu：3.5～4.0％，Zn：0.1～0.5％，Mg：0.5～1.0％，Ag：0.2～0.5％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.1～0.2％，Fe≤0.08％，Si≤0.08％，余量为Al，其中Cu与Li的总量4.0～5.5％，Cu与Li质量比2.9～5.0；
将原料经熔炼铸造成铸锭，再将铸锭退火、热轧、中间退火、冷轧制成板材，然后再经过固溶淬火、预变形和时效处理，得到所述高强度耐损伤铝锂合金。


2.根据权利要求1所述的高强度耐损伤铝锂合金的制备方法，其特征在于，各元素含量为：Li：1.0～1.2％；Cu：3.6～3.8％；Zn：0.2～0.4％；Mg：0.6～0.8％；Ag：0.3～0.4％；Mn：0.15～0.25％；Zr：0.1～0.15％；Fe≤0.06％，Si≤0.06％，余量为Al。


3.根据权利要求1所述的高强度耐损伤铝锂合金的制备方法，其特征在于，Cu与Li的总量为4.5～5.0％，Cu与Li质量比为2.9～4.0。


4.根据权利要求1～3任一项所述的高强度耐损伤铝锂合金的制备方法，其特征在于，所述退火为三级退火处理，具体为(300～400)℃×(2～8)h+(400～460)℃×(2～10)h+(480～500)℃×(20～30)h。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：肖代红，刘文胜，吴名冬，黄兰萍，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43