一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于铝锂合金技术领域，具体涉及一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用。本发明专利技术通过复合微合金化，并采用真空熔铸及变形加工、热处理等工艺，解决了高Li、Mg含量带来的氧化烧损和分层偏析问题，获得强塑性匹配良好的超轻铝锂合金。所述超轻铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：3.0~8.0%，镁：3.0~9.0%，铍：0.01~0.03%，锑：0.01~0.30%，锰：0.10~0.80%，钛：0.02~0.20%，钪：0.10~0.30%，锆：0.05~0.30%，余量为铝。本发明专利技术获得的超轻铝锂合金具有优异综合性能，能够实现密度在2.18g/cm3，抗拉强度为340MPa，屈服强度为308MPa，断后伸长率为10.4%的性能。该超轻铝锂合金强塑性良好，可作为一种先进的轻量化结构材料，替代飞行器上常规铝合金的构件。行器上常规铝合金的构件。

【技术实现步骤摘要】
一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于铝锂合金加工
，具体涉及一种超轻铝锂合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]超轻铝锂合金作为一种轻质的金属结构材料，合金中每添加1％的锂，密度降低3％，如采用超轻铝锂合金代替常规铝合金可使结构质量减轻15％～30％，弹性模量提高9％，刚度提高15％～20％，对实现航空航天装备轻量化具有重大意义，应用前景广阔。
[0003]超轻铝锂合金的主要研发思路为在合金中添加较高含量的Li(0.53g/cm3)和Mg(1.74g/cm3)，但熔炼过程中Li、Mg较轻，易氧化、易燃，并且Li含量一旦超过3％，采用传统铸造冶金法生产出来的合金会出现严重的分层偏析现象。
[0004]耿桂宏等人采用真空电磁模拟微重力熔炼技术虽然可有效解决氧化和偏析问题(参见文献《耿桂宏,达道安,郝维新,张天平,罗岩.微重力电磁模拟制备高锂含量铝锂合金[J].特种铸造及有色合金,2003(02):11
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13+3.》)，但所制备的合金仅含Al、Li两种元素，塑性差，而且受成本和铸锭尺寸限制，仅适用于实验室研究，无法进行工业化生产。
[0005]而且当铝锂合金中Li、Mg含量较高时，在晶界上会析出大尺寸难溶脆性相，如Al6Cu(LiMg)3和β相(Mg5Al8或Mg2Al3)等，对材料性能有害，尤其是存在塑性差的问题。例如，公开号为CN 112853172 A的中国专利公开了一种超低密度铝锂合金及其制备方法，通过在合金中加入较高比例的Mg元素(9～12.5％)，以实现对合金性能的改善，但因晶界上存在较多的富Mg脆性相，塑性较差，断后伸长率仅6％左右。
[0006]因此，急需开发一种新的超轻铝锂合金以及适宜工业化生产的制备工艺来解决合金成分分层偏析的问题，同时改善合金的塑性。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超轻铝锂合金，通过复合微合金化，并采用真空熔铸及变形加工、热处理等工艺，解决了高Li、Mg含量带来的氧化烧损和分层偏析问题，获得强塑性匹配良好的超轻铝锂合金。
[0008]本专利技术还提供了上述超轻铝锂合金的制备方法。
[0009]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0010]一种超轻铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：3.0～8.0％，镁：3.0～9.0％，铍：0.01～0.03％，锑：0.01～0.30％，锰：0.10～0.80％，钛：0.02～0.20％，钪：0.10～0.30％，锆：0.05～0.30％，余量为铝。
[0011]所述超轻铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)按照合金中各组分的质量百分比进行配料；将所配原料于720～860℃氩气气氛下熔炼，得到金属液；
[0013](2)将步骤(1)所得金属液于700～770℃的氩气气氛下精炼10～20min，再于710～
770℃静置10～20min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；将所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火处理，得到经均匀化处理的铸锭；
[0014](3)将步骤(2)所得经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至400～470℃进行锻造开坯，采用小变形量多道次锻造工艺，得到直径为200～380mm的锻件；
[0015](4)将步骤(3)所得锻件去除表面氧化层后，将锻件装入挤压机中，在400～470℃温度条件下进行挤压，得到挤压板坯；
[0016](5)将步骤(4)所得板坯在400～480℃温度下进行热轧，单道次压下量5～10％，最终得到成品板材。
[0017]具体的，步骤(1)中所述熔炼工序为：将所配原料装入真空感应熔炼炉中，抽真空至炉内的真空度为0.1～10Pa，然后通入氩气至炉内压强达到200～350Pa，再升温至720～860℃，保温至得到金属液，熔炼过程中进行电磁搅拌。
[0018]具体的，步骤(2)精炼过程中进行机械搅拌，步骤(2)中均匀化退火处理条件为：先在400～490℃保温12～60h，然后于空气中冷却至室温。
[0019]具体的，步骤(2)中所述浇铸成型工艺具体是将浇铸液浇铸到水冷模具中进行冷却凝固，所述冷却的速率为200～300℃/s。
[0020]具体的，步骤(3)中，多道次锻造工艺中间进行5～8次，每次在400～470℃温度锻造后回火。
[0021]具体的，步骤(4)中，所述挤压成形工艺的挤压比为5～20，挤压速度为不得超过1.5mm/s。
[0022]进一步的，所述制备方法还包括将步骤(5)得到的板坯进行后处理的工序，所述后处理为：将步骤(5)得到的板坯进行固溶处理。
[0023]具体的，所述固溶处理工序为：在400～480℃温度条件下保温60～180min，然后水淬。
[0024]优选的，水淬的冷却水温度为40～55℃。
[0025]本专利技术还进一步提供了所述超轻铝锂合金在制备航空机箱壳体中的应用。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027]1、本专利技术通过优化合金成分，设计了一种高Li、Mg含量的超轻铝锂合金，同时添加适量的微量元素和Al
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5Ti
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1B、Be、Sb等变质剂，并引入与基体共格的Al3Sc、Al3(Sc
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,Zr1‑
x
)、Al3Zr等异质形核点，利用水冷铜模具提高凝固速度，细化铸态组织；通过多道次锻造碎化粗大相，利用多次中间回火促进碎化相充分回溶，再采用挤压和轧制继续加大变形量，细化晶粒组织，提升合金的强塑性。
[0028]2、Mn元素可以在基体中形成大量弥散分布的Al6Mn，钉扎亚晶界，抑制回复和动态再结晶的发生，保留高位错密度的亚晶组织，起到弥散强化的作用；同时Mn元素固溶到α(Al)中会导致Sc的固溶度下降，使合金中析出更多的Al3Sc、Al3(Sc
x
,Zr1‑
x
)、Al3Zr等细晶强化相，抑制合金在变形和热处理过程中再结晶的发生，提高了合金的再结晶温度，进一步提高了合金的强塑性。
[0029]3、本专利技术采用真空熔炼与铸造工艺可有效降低氧化烧损，通过电磁搅拌+机械搅拌解决分层偏析问题，制备出纯净度高的合金锭坯，改善合金塑性差的天然缺陷。
[0030]4、本专利技术采用锻造开坯的方式破碎原始铸锭晶粒组织和粗大相，通过多次回火促
进碎化相回溶，然后通过高温慢速挤压，解决合金塑性差、变形抗力大的问题，同时进一步细化晶粒，有效改善合金塑性。
[0031]5、本专利技术通过选取固溶态作为最终成品状态，获得强塑性匹配较好的超轻铝锂合金材料，最终获得综合性能优异的产品，能够实现密度在2.18
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2.40g/cm3，抗拉强度为340
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463MPa，屈服强度为308
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440MPa，断后伸长率为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超轻铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锂：3.0~8.0%，镁：3.0~9.0%，铍：0.01~0.03%，锑：0.01~0.30%，锰：0.10~0.80%，钛：0.02~0.20%，钪：0.10~0.30%，锆：0.05~0.30%，余量为铝。2.权利要求1所述超轻铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按照合金中各组分的质量百分比进行配料；将所配原料于720~860℃氩气气氛下熔炼，得到金属液；（2）将步骤（1）所得金属液于700~770℃的氩气气氛下精炼10~20min，再于710~770℃静置10~20 min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；将所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火处理，得到经均匀化处理的铸锭；（3）将步骤（2）所得经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至400~470℃进行锻造开坯，采用小变形量多道次锻造工艺，得到直径为200~380mm的锻件；（4）将步骤（3）所得锻件去除表面氧化层后，将锻件装入挤压机中，在400~470℃温度条件下进行挤压，得到挤压板坯；...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖荣跃，肖阳，刘志鹏，马凯杰，解海涛，刘金学，刘振杰，祁登科，
申请(专利权)人：郑州轻研合金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：