一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺制造技术

本发明专利技术属于铝锂合金材料加工技术领域，具体涉及一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺。本发明专利技术通过采用四级均匀化处理的方法，以解决铝锂合金生产过程中的组织偏析和力学性能较差的问题。同时通过蠕变时效处理的方法，解决铝锂合金韧性差的问题。本发明专利技术所述高强高韧铝锂合金板材采用铝锂合金铸锭制备得到，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.2%，Li：1.0~1.9%，Mg：0.4~0.8%，Mn：0.2~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.2%，Zn：0.1~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素。本发明专利技术所制备得到的铝锂合金强度高、韧性好，通过熔铸和热处理工艺改善凝固过程中的枝晶偏析，提高合金制品的强度、塑韧性、热加工性能及各项特异性能。特异性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺


[0001]本专利技术属于铝锂合金材料加工
，具体涉及一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺。

技术介绍

[0002]铝锂合金作为一种新型的航空结构材料，具有密度低、弹性模量高、比强度高、抗腐蚀好等特点，广泛应用于军事和航空航天领域。
[0003]目前，铝锂合金已发展到第三代Al
‑
Cu
‑
Li系合金，其不仅具有优异的性能（例如耐腐蚀性、高热稳定性、以及高强度和良好韧性的协同性），可以替代2XXX、7XXX铝合金，还可以通过调控合金中的主合金化元素与微合金化元素的含量，以及加工时的变形与形变热处理工艺，实现性能的提升，用于制造飞机上下翼和内部承力件，是一种性能较好的航空结构材料。
[0004]一般来讲，传统铝锂合金的均匀化热处理为单极或两级均匀化工艺，这种单极或两级均匀化热处理的工艺未能使Cu元素偏析得到有效消除，虽然铸态组织中大部分非平衡相和枝晶组织得以溶解入基体内部，但仍有少部分粗大的第二相（Al2Cu相等）以及杂质相没有完全溶解。于是，研究人员采用了多级均匀化的工艺，用于改善合金的晶相。例如，公开号为CN110423927A的中国专利公开了一种超高强铝锂合金，通过利用三级均匀化退火处理的工艺配合Sc等晶粒元素含量的调整，目的是为了提高合金的弹性模量等机械性能，但是，此专利对合金的塑韧性、热加工性能等的改变并不明显。所以仍然需要对铝锂合金的均匀化热处理工艺进行改进。
[0005]基于此，本专利技术通过对铝锂合金成分进行调整，并采用一种新型的四级均匀化的方法，可有效解决铝锂合金铸锭在均匀化热处理时的元素偏析问题，避免在热加工过程中因组织偏析而产生裂纹、力学性能不均匀的问题，还可有效消除元素偏析，提高组织均匀性；采用蠕变时效的方法，有效促进析出相在晶内均匀分布，减少晶界无序析出相对性能的破坏；从而实现对铝锂合金力学性能改善的同时，还能够提高组织均匀性，改善合金塑韧性、热加工性能及各项特异性能，对铝锂合金的其工业化应用具有良好的促进作用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提出一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺，通过采用四级均匀化处理的方法，以解决铝锂合金生产过程中的组织偏析和力学性能较差的问题，同时采用蠕变时效处理的方法，解决铝锂合金在使用过程中韧性不足的问题，进一步提高其工业化应用价值。
[0007]本专利技术还提供了所述高强高韧铝锂合金板材的应用。
[0008]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种高强高韧铝锂合金板材，所述高强高韧铝锂合金板材采用铝锂合金铸锭制备得到，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.2%，Li：1.0~1.9%，Mg：0.4~
0.8%，Mn：0.2~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.2%，Zn：0.1~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素；各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
[0009]进一步优选的，所述高强高韧铝锂合金板材中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.0%，Li：1.0~1.6%，Mg：0.5~0.6%，Mn：0.3~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.0%，Zn：0.2~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素；各杂质元素的含量为，Ti：≤0.15%，Si：≤0.08%，Fe：≤0.1%。
[0010]所述高强高韧铝锂合金板材的生产工艺，包括以下步骤：（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，然后在加热炉中抽真空至10Pa 以下，进行真空熔铸，得到铸锭；（2）均匀化处理：将步骤（1）得到的铸锭在400~520℃的温度下均匀化处理6~66h，均匀化处理后水冷或空冷至室温；（3）轧制：将均匀化处理后的铸锭置于加热炉中升温至400~450℃，保温8~14h后，然后在此温度下进行轧制，轧制时间控制在5min以内；（4）固溶处理：将轧制后的板材随炉加热，升温至500~520℃，待炉温稳定后保温1~3h，然后水冷或空冷至室温；（5）时效处理：将固溶处理后的板材随炉加热升温至150~170℃，待炉温稳定后保温32~48h，最后水冷或空冷至室温，即得规格为11*100*650mm的板材。
[0011]优选的，步骤（1）中，真空熔铸工艺为：将所述合金原料配料后，装入加热炉中，抽真空至10Pa 以下，然后充入3000Pa氩气提高炉内分压，再升温至不超过870℃的熔炼温度开始精炼，精炼后静置，浇铸，得到铸锭。
[0012]优选的，步骤（2）中，均匀化处理为四级均匀化处理，具体步骤为：a. 一级均匀化处理：在室温条件下，将真空熔铸得到的铝锂合金铸锭装入加热炉中，随炉加热；当加热炉内温度达到T1温度400~440℃时，开始第一级均匀化处理，保温6~10h；b. 二级均匀化处理：一级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T2温度420~450℃，开始第二级均匀化处理，保温8~16h；c. 三级均匀化处理：二级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T3温度450~490℃，开始第三级均匀化处理，保温12~16h；d. 四级均匀化处理：三级均匀化处理结束后，将加热炉升温至T4温度490~520℃，开始第四级均匀化处理，保温12~24h，经过四级均匀化处理后水冷或空冷至室温。
[0013]优选的，步骤（3）中，轧制时，单道次变形量控制在20~30%，总变形量控制在80~95%，轧制后得到规格为12*100*600mm的板材。
[0014]优选的，步骤（4）中，将固溶后的板材进行冷变形预拉伸，变形量控制在6~12%。
[0015]优选的，步骤（5）中，所述时效处理为蠕变时效处理，时效处理前，将经过固溶和/或预拉伸后的板材在70~260MPa的应力下拉伸。
[0016]上述方法通过均匀化处理、轧制、固溶、时效处理等工艺方法制备得到高强高韧铝锂合金板材。
[0017]本专利技术还提供了所述高强高韧铝锂合金板材在制备航空航天零部件中的应用。
[0018]进一步的，所述航空航天零部件具体为航空航天承载结构件，例如机身翼梁、桁架
等。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供了一种高强高韧铝锂合金板材及其生产工艺，在传统的生产工艺基础上，通过多级均匀化处理改善低熔点相溶解效果，降低高熔点相溶解温度，促进高熔点相溶解，通过对合金成分和生产工艺进行调整，从而提高整体均匀化效果。与传统的单极或双极均匀化工艺相比，可大幅改善铜元素在晶界的富集现象，提高了铝锂合金的组织和力学性能均匀性，改善铝锂合金板材力学性能不均匀的问题。
[0020]2、为了消除合金组织缺陷对合金后续加工性能的影响，本专利技术铝锂合金热变形前进行了合理的均匀化热处理。本专利技术所制备得到的铝锂合金中铜元素含量较高，强度好，通过熔铸和热处理工艺改善凝固过程中的枝晶偏析，可较好的消除晶界附近析出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧铝锂合金板材，其特征在于，所述高强高韧铝锂合金板材采用铝锂合金铸锭制备得到，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.2%，Li：1.0~1.9%，Mg：0.4~0.8%，Mn：0.2~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.2%，Zn：0.1~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的高强高韧铝锂合金板材，其特征在于，所述铝锂合金铸锭中各组分及其质量百分比为：Cu：4.2~5.0%，Li：1.0~1.6%，Mg：0.5~0.6%，Mn：0.3~0.5%，Zr：0.06~0.14%，Ag：0.8~1.0%，Zn：0.2~0.4%，其余为Al和不可避免的杂质元素。3.权利要求1或2所述高强高韧铝锂合金板材的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：（1）真空熔铸：按照合金中各组分的质量百分比进行配料，然后抽真空至10Pa 以下，进行真空熔铸，得到铸锭；（2）均匀化处理：将步骤（1）得到的铸锭在400~520℃的温度下均匀化处理6~66h，均匀化处理后水冷或空冷至室温；（3）轧制：将均匀化处理后的铸锭升温至400~450℃，保温8~14h后，然后在此温度下进行轧制，轧制时间控制在5min以内；（4）固溶处理：将轧制后的板材升温至500~520℃，保温1~3h，然后水冷或空冷至室温；（5）时效处理：将固溶处理后的板材升温至150~170℃，保温32~48h，然后水冷或空冷至室温，即得最终的板材产品。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王官涛，肖阳，马凯杰，刘振杰，祁登科，张渊博，
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：