一种高比强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制备技术领域，具体涉及一种高比强铝锂合金及其制备方法。本发明专利技术通过合理调控Cu/Li比和Cu、Li总含量，同时通过Er、Yb复合微合金化以及双级时效等手段调控析出相的种类、尺寸和分布，从而获得比强度≥220 kN m kg

【技术实现步骤摘要】
一种高比强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制备
，具体涉及一种高比强铝锂合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着不可再生资源的不断消耗和环境问题的日益凸显，要实现可持续发展，必须降低能源消耗、减少对自然环境的污染和破坏。因此节能减排是目前交通运输、军事以及航空航天等领域发展所需解决的关键问题。
[0003]轻量化结构设计是降低能源消耗的有效手段，特别是在航空航天领域，轻量化设计可以极大的降低经济成本。将Li元素添加进铝合金后，就形成铝锂合金，并且每添加1％的Li可以降低3％合金密度、提高弹性模量6％。铝锂合金强度可媲美常规2系/7系高强铝合金，并且密度更低，被公认为航空航天领域最理想的轻质结构材料之一。
[0004]铝锂合金目前已经发展到第三代Al
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Cu
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Li系合金，其主要强化相为T1(Al2CuLi)相和θ
′
(Al2Cu)相，通过增大Cu/Li比可以有效提高合金中T1相和θ
′
相的体积分数，从而提高合金的强度。但是较高的Cu/Li比或者较大的Cu、Li总含量会导致铝锂合金的密度加大，在一定程度上阻碍了合金比强度的提高。例如，公开号为CN 102634707 A的中国专利公开了一种超高强铝锂合金及热处理工艺，虽然控制Cu/Li比为2.8～3.5，但Cu、Li总含量高达5.3～5.9％，不利于合金比强度的提高。又如，公开号为CN 113215460 A的中国专利公开了一种低密度高强耐损伤铝锂合金热轧板材及其制备方法，Cu/Li比为3.0～5.0，其通过Sc微合金化进一步提高合金的强度，但却增大了材料制造成本。
[0005]微合金化是提高铝锂合金综合性能的最有效手段之一。尹登峰等研究了铈对2195铝锂合金显微组织和拉伸性能的影响(尹登峰,余志明,王华,等.铈对2195铝锂合金显微组织和拉伸性能的影响[J].期刊论文,2012,36(2).)，结果表明添加微量铈能使热处理态2195铝锂合金的组织及性能得到明显改善。另外，微量铈能有效细化晶粒、净化晶界和抑制再结晶，使合金的组织分层更加薄化，在一定程度上改善合金的断裂行为，减少沿晶断裂倾向，提高合金的力学性能。
[0006]中国专利(CN 112210703 A)公开了一种高再结晶抗力和高强韧铝锂合金及其制备方法，通过Ce、Zr复合微合金化制得含Ce弥散相，从而阻碍合金再结晶过程，提高合金的综合力学性能。但是据文献(Yun
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long,Ma,Jin
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feng,et al.Variation of Aging Precipitates and Mechanical Strength of Al
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Cu
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Li Alloys Caused by Small Addition of Rare Earth Elements[J].Journal of Materials Engineering and Performance,2017,26(9):4329
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4339.)报道，添加微量Ce会在凝固及退火过程中形成Al8Cu4Ce相，减少T1相的析出，从而降低其强化效果，导致其性能提升有限。
[0007]铝锂合金作为可形变热处理合金，时效析出强化是提高铝锂合金性能的关键，因此时效工艺的调控显得尤为重要。铝锂合金的常规时效工艺为变形等温处理，即固溶后进行一定程度的预拉伸或冷轧变形，然后在某一恒定温度下保温一定的时间来获得一定数
量、尺寸和分布的析出相以实现合金的强化，然而单一的温度往往导致析出相演变单一、可控性差，导致合金性能难以控制。
[0008]因此，有必要对铝锂合金的形变加工工艺进行改进，以期提高力学性能。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对基于现有技术的不足，提出了一种高比强铝锂合金，通过合理调控Cu/Li比和Cu、Li总含量，同时通过Er、Yb复合微合金化以及双级时效等手段调控析出相的种类、尺寸和分布，从而获得比强度≥220kN m kg
‑1的高比强铝锂合金。
[0010]本专利技术还提出了所述高比强铝锂合金的制备方法。
[0011]本专利技术又进一步提出了所述高比强铝锂合金的应用。
[0012]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0013]一种高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9～1.2％，Cu：3.4～3.9％，Mg：0.1～0.7％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，Er：0～0.09％，Yb：0～0.15％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为2.8～4.3。
[0014]优选的，所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.8～1.0％，Cu：3.6～3.8％，Mg：0.1～0.5％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为3.6～4.75。
[0015]进一步优选的，所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0～1.2％，Cu：3.6～3.9％，Mg：0.1～0.7％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，Er：0.01～0.09％，Yb：0.05～0.10％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为3.0～3.9。
[0016]更进一步的，所述高比强铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9～1.1％，Cu：3.5～3.8％，Mg：0.1～0.5％，Ag：0.1～0.8％，Zn：0.4～0.8％，Mn：0.1～0.6％，Er：0.01～0.09％，Yb：0.08～0.15％，余量为Al；其中，铜与锂的质量比(Cu/Li)为3.2～4.2。
[0017]所述高比强铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：
[0018](1)按照所述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，然后将所配原料在保护气氛下于780～860℃温度熔炼20～30min，得到金属液；
[0019](2)将步骤(1)所得金属液在保护气氛下于700～730℃精炼10～15min，再于710～730℃静置10～20min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；
[0020](3)将步骤(2)所得铸锭于保护气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；
[0021](4)将步骤(3)经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至380～420℃，热挤压成型，得到宽度为60mm、厚度为5～10mm的挤压板材；
[0022](5)将步骤(4)所得板材依次进行固溶处理、预变形和时效处理，即得高比强铝锂合金产品。
[0023]具体的，步骤(1)中所述熔炼具体是将所配原料装入真空炉中，再抽真空至真空度为0.1～10Pa，然后通入氩气至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比强铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9~1.2%，Cu：3.4~3.9%，Mg：0.1~0.7%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0~0.09%，Yb：0~0.15%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为2.8~4.3。2.根据权利要求1所述的高比强铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li：1.0~1.2%，Cu：3.6~3.9%，Mg：0.1~0.7%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0.01~0.09%，Yb：0.05~0.10%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为3.0~3.9。3.根据权利要求1所述的高比强铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li：0.9~1.1%，Cu：3.5~3.8%，Mg：0.1~0.5%，Ag：0.1~0.8%，Zn：0.4~0.8%，Mn：0.1~0.6%，Er：0.01~0.09%，Yb：0.08~0.15%，余量为Al；其中，铜与锂的质量比为3.2~4.2。4.权利要求1
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3任一所述的高比强铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按照所述铝锂合金中各组分的质量百分比进行配料，然后将所配原料在保护气氛下于780~860℃温度进行熔炼20~30min，得到金属液；（2）将步骤（1）所得金属液在保护气氛下于700~730℃精炼10~15min，再于710~730℃静置10~20 min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；（3）将步骤（2）所得铸锭于保护气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖阳，王俊超，刘志鹏，廖荣跃，马凯杰，刘金学，解海涛，何季麟，关绍康，
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：