本发明专利技术是一种铝锂合金模锻件低残余应力控制方法，包括的步骤有(1)固溶、淬火；(2)冷压；(3)深冷、冷热循环；(4)时效；(5)深冷、冷热循环，该方法采用冷压及深冷冷热循环相结合的方法控制铝锂合金模锻件残余应力场，模锻件先在精密模具内完成冷压缩，使残余应力水平整体降低，然后通过深冷冷热循环处理，使晶格在循环过程中伸缩变化，获得稳定的残余应力状态。两种方法相互协调补充，将铝锂合金模锻件残余应力控制在较低水平，从而获得性能优良、残余应力较低的铝锂合金模锻件。该工艺技术适用于航空航天、船舶及汽车用铝锂合金模锻件的生产和应用。和应用。和应用。
【技术实现步骤摘要】
一种铝锂合金模锻件低残余应力控制方法
[0001]本专利技术是一种铝锂合金模锻件低残余应力控制方法，属于金属材料工程领域。
技术介绍
[0002]现代机械设计更注重低能耗及高寿命，为满足飞行器及船舶等运输机械长航时、高寿命及经济性的需求，高比强、高比模材料的需求也越来越多，铝锂合金材料是金属材料中具有明显结构减重效果的重要材料，本专利技术是一种降低Al
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Li
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Cu
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X系铝锂合金模锻件残余应力，提高铝锂合金零件加工合格率及材料利用率的关键工艺技术。
[0003]近年来，本领域发展了一些高性能铝锂合金如2098/2198、2097系列、2196、2195、2099等等，但针对铝锂合金残余应力的控制主要集中在厚板及自由锻件等材料。目前，主要采用预拉伸法、平砧冷压法消减厚板、自由锻件的残余应力。虽然厚板、自由锻件在航空器结构件生产方面具有适应性强、残余应力低、工艺稳定等优点，但也存在结构件在后续机加工过程中宏观流线被切断、力学性能各向异性、材料浪费严重、成本高等缺点。
技术实现思路
[0004]本专利技术正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种铝锂合金模锻件低残余应力控制方法，其目的是采用冷压及深冷冷热循环相结合的方法控制铝锂合金模锻件残余应力场，两种方法相互协调补充，将铝锂合金模锻件残余应力控制在较低水平，从而获得性能优良、残余应力较低的铝锂合金模锻件。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]该种铝锂合金模锻件低残余应力控制方法针对Al
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Cu
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Li
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X系合金，其工艺的步骤如下：
[0007]步骤一、固溶、淬火
[0008]将模锻件加热到500℃～540℃进行固溶，固溶后淬火；
[0009]步骤二、冷压
[0010]将模锻件放入模具中在室温下进行冷压，要求模锻件各部位沿厚度方向的压缩变形量达到2～4％；
[0011]步骤三、第一次深冷、冷热循环
[0012]将冷压后的模锻件在深冷环境箱中冷却至
‑
90℃，保温0.5h，取出后在室温下停置1h，如此循环1～3次；
[0013]步骤四、人工时效
[0014]该人工时效采用以下三种方法之一：
[0015]第一种：将模锻件加热到160℃，保温18～24h；
[0016]第二种：将模锻件加热到90℃～135℃，保温10h～24h，继续加热到150℃～195℃，保温4h～20h；
[0017]第三种：将模锻件加热到90℃～145℃，保温10h～24h，继续加热到150℃～195℃，
保温4h～20h；
[0018]第一种是单阶段等温时效，如在160℃温度点保温18～24h；
[0019]第二种是多阶段等温时效，如先在90℃～135℃区间选定一个温度点，保温10h～24h，然后继续在150℃～195℃区间选定一个温度点加热，保温4h～20h；
[0020]第三种是多阶段非等温时效，如先在90℃～145℃区间从90℃以一定升温速率升温至145℃，用时10h～24h，然后继续在150℃～195℃区间从150℃以一定升温速率升温至195℃，用时4h～20h；
[0021]步骤五、第二次深冷、冷热循环
[0022]将人工时效后的模锻件在深冷环境箱中冷却至
‑
90℃，保温0.5h，取出后在室温下停置1h，如此循环1～3次。
[0023]在实施时，所述Al
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Cu
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Li
‑
X系合金的化学成分及重量百分比为：Cu 2.0～4.6％，Li 0.6～2.3％，Mn 0.10～0.80％，Zn 0.10～1.0％,Zr 0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80％，Ag0.1～0.7％，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
[0024]在实施时，步骤一中所述的模锻件加热温度为510℃。
[0025]在实施时，步骤一中所述的固溶后进行淬火的转移时间不超过30秒，淬火介质温度不高于60℃。
[0026]在实施时，步骤二的冷压在步骤一完成固溶、淬火后4小时内进行。
[0027]在实施时，步骤二中采用分步冷压方式，首先对较厚的模锻件部位进行冷压，然后再对模锻件进行整体冷压。
[0028]在实施时，本专利技术技术方案所针对的模锻件为用于飞机梁、框的多“H”型截面组合结构，锻件各部位尺寸不一致，其中上、下缘条厚度为12mm，筋条厚度为10mm，筋条高度为21mm，腹板的厚度为4mm和8mm，尺寸公差要求
±
0.2mm。
[0029]在实施时，步骤二中所述冷压使用的模具由上、下对称的两部分结构组成，上部结构包括上模座(1)、上模吻合板(2)和上模(3)，下部结构包括下模座(7)、下模吻合板(6)和下模(5)，在上模座(1)和下模座(7)之间设置有垫板(4)结合上模吻合板(2)、下模吻合板(6)以控制上模座(1)和下模座(7)的开合间隙。
[0030]本专利技术技术方案的特点及有益效果为：
[0031]一、本专利技术技术方案通过冷成形后的深冷、冷热循环处理，使晶格在循环过程中伸缩变化，获得稳定的残余应力状态。
[0032]本专利技术技术方案针对高Cu含量Al
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Li
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Cu
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X系铝锂合金(Cu含量在2％以上)，其第二相析出较为复杂，一般认为其析出过程为：GP区
→
θ
″→
θ
′→
θ；同时过饱和固溶体
→
GP区+δ
′→
T1+δ
′→
T1。材料主要强化相为GP区、δ
′
及T1，合金中含有其他元素如Mn、Zn、Mg、Zr、Ag等，还会有其它第二相析出。随着时效等阶段第二相的析出，铝基体中发生相变和晶格畸变，材料强度增加，其残余应力也逐渐变大。一般情况下，铝锂合金材料通过淬火后冷变形产生位错消减残余应力。经冷变形后，材料残余应力水平虽然会整体降低，但是会存在一个不稳定状态。
[0033]本专利技术技术方案中，通过深冷处理作为消除残余应力的重要手段之一。现有深冷技术主要是深冷急热和冷热循环工艺，工件往往先在较低温度保温，再于较高温度保温，利
用较大的冷热温差形成与固溶淬火后残余应力相反的热应力，从而消减工件淬火残余应力。在较低温度保温时常直接采用液氮进行
‑
196℃深冷处理，工件与液氮的直接接触会形成明显的热冲击作用，导致工件组织损伤，甚至使有些材料工件产生低温脆断等不可逆损害。
[0034]本专利技术技术方案在实施时，其所述模锻件为一种多“H”型截面组合结构，锻件缘条、筋条、腹板部位厚度不同，不当本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铝锂合金模锻件低残余应力控制方法，其特征在于：该方法针对Al
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Cu
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Li
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X系合金，该工艺的步骤如下：步骤一、固溶、淬火将模锻件加热到500℃～540℃进行固溶，固溶后淬火；步骤二、冷压将模锻件放入模具中在室温下进行冷压，要求模锻件各部位沿厚度方向的压缩变形量达到2～4％；步骤三、第一次深冷、冷热循环将冷压后的模锻件在深冷环境箱中冷却至
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90℃，保温0.5h，取出后在室温下停置1h，如此循环1～3次；步骤四、人工时效该人工时效采用以下三种方法之一：第一种：将模锻件加热到160℃，保温18～24h；第二种：将模锻件加热到90℃～135℃，保温10h～24h，继续加热到150℃～195℃，保温4h～20h；第三种：将模锻件加热到90℃～145℃，保温10h～24h，继续加热到150℃～195℃，保温4h～20h；步骤五、第二次深冷、冷热循环将人工时效后的模锻件在深冷环境箱中冷却至
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90℃，保温0.5h，取出后在室温下停置1h，如此循环1～3次。2.根据权利要求1所述的铝锂合金模锻件低残余应力控制方法，其特征在于：所述Al
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Cu
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Li
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X系合金的化学成分及重量百分比为：Cu 2.0～4.6％，Li0.6～2.3％，Mn 0.10～0.80％，Zn 0.10～1.0％,Zr 0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟立伟，于娟，冯朝辉，李国爱，郝时嘉，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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