【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，属于铝锂合金材料设计制备。
技术介绍
1、轻质高强合金一直是航空航天领域急需的材料，而且越来越迫切。铝锂合金材料作为当前最重要轻质结构材料之一，在航空航天等领域占据极其重要地位。为了节省燃料、提高飞行速度和有效载荷、并在复杂多变环境下考验材料强度等力学性能，因此降低合金密度、提高强度一直是轻合金研发的重要方向。虽然目前铝-铜-锂合金被广泛应用于重要的承重结构中，而对超轻型高强度合金日益增长的需求，正将工程设计的边界推向除铜以外的低密度元素。
2、目前，航空航天领域应用最广泛的高强铝合金主要包括al-zn系合金、al-cu系合金与al-cu-li系合金。虽然al-zn系铝合金抗拉强度能达到700mpa以上，但其密度偏高，大于2.8g/cm3。因此，为了降低航空航天器结构件的重量，仅应用于关键承重结构，例如飞机机翼、龙骨梁腹板、货舱门框等部位。而al-cu系合金的抗拉强度也相对较高，但密度高于2.75g/cm3，此外，al-cu合金具有结晶温度范围宽，流动性能较差，热裂倾向大等缺点，普通铸造方式很难生产形状复杂的零件。al-cu-li系合金由于添加大量的锂元素，与一般铝合金相比，在强度相当的情况下，密度降低10％，目前常用来取代航空航天器上的al-zn系合金、al-cu系合金，用于飞机蒙皮、客舱地板梁与支柱以及火箭贮箱等部位。但a1-cu-li系合金的熔体流动性、塑性和韧性差，断口敏感性大，材料加工及产品生产困难，因此如何改善a1-cu-li系合金的这些致命缺点成
3、现有一些技术公开了利用稀土元素sc、er、yb提高a1-cu-li系合金力学性能的方法，但是这些技术仅仅是在已知成分下添加稀土元素从而改善合金力学性能，但是又增加了合金的密度和成本。中国专利cn108570579a公开了一种含钪铸造铝锂合金及其制备方法，是在aa2099合金基础上添加或降低元素的含量使强度达到400mpa以上。中国专利cn108570580a公开了一种高锂含量铸造铝镁锂合金及其制备方法，是在aa8090合金基础上去除了cu添加sc使合金度达到400mpa。同时，这些高强铝锂合金在制备中的除渣和浇铸过程中金属液容易与空气接触，易氧化形成夹杂。中国专利cn 109797322 a公开了一种超轻高强铸造铝锂合金及其制备方法，其中li含量为2.5～3.5％，同时添加0.08～0.30％sc，造成合金塑性较差、价格昂贵，限制了其应用范围。因此如何设计开发一种轻质高强以及价格便宜的铝锂合金迫在眉睫。
技术实现思路
1、针对目前高强铝锂合金的密度较高、强度不足、塑性较差、稀土元素价格昂贵，不适合大规模生产以及制备过程易氧化形成冶金缺陷的问题，本专利技术提供一种高mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，所述高mg含量的超轻高强铝锂合金的化学成分按质量百分比计为：mg 4.0wt.％-6.0wt.％，li 1.0wt.％-2.5wt.％，cu 0.1wt.％-1.0wt.％，zr0.1wt.％-1.0wt.％，余量为al和不可避免的杂质且杂质元素含量低于0.1wt.％。所述超轻高强铝锂合金采用真空感应熔炼炉制备，铸态组织为低孔洞率和夹杂物，晶界分布着al2culi、al2cumg、al2limg、alli以及al3zr金属间化合物，热处理后基体均匀分布着纳米级的al2culi、al2cumg、al2limg、al3li以及al3zr析出相。所述超轻高强铝锂合金性能：密度：2.20-2.50g/cm3，抗拉强度为400mpa以上，延伸率为5.0％以上。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
3、一种高mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，所述方法步骤如下：
4、(1)原料准备：按照所述高mg含量的超轻高强铝锂合金的化学元素成分质量比将al-mg中间合金、al-li中间合金、al-cu中间合金、al-zr中间合金以及纯铝进行配比。
5、(2)原材料预处理：首先中间合金的表面进行氧化层处理，采用砂纸进行打磨。其次将坩埚、模具以及原料放进高温炉中150-250℃保温1-3h预热，预热完成后将合金原料放在真空感应加热炉的坩埚中。
6、(3)原料熔炼：首先将感应加热炉进行抽真空，然后充入保护气氛，最后调整真空感应加热炉功率，分阶段升温使坩埚内原料熔化。
7、(4)熔融金属液体搅拌：在真空感应加热炉中的原料完全熔化后，保温2-5min，然后调整真空感应加热炉的功率进行电磁搅拌，时间为5-15min，最后停止电磁搅拌，继续保温5-10min。
8、(5)铸造：设置真空感应加热炉的程序立即向炉内施加100-300kpa的压力使坩埚内的金融溶液从坩埚底部注入铜模，时间持续2-5min，完成铸造。
9、(6)热处理：将铸造完成后得到的铝锂合金铸锭完全冷却后放入真空热处理炉内，将热处理炉进行抽真空并充入保护气体，然后升温进行二级固溶处理，结束后立即进行淬火处理。最后将固溶处理后的铝锂合金铸锭放置在真空热处理炉内进行单级时效处理。
10、(7)将时效处理完成后的铝锂合金铸锭取出放置在空气中冷却，得到高mg含量的超轻高强铝锂合金。
11、进一步地，步骤(1)将合金原料放在真空感应加热炉的坩埚中的特征在于，将1/3纯铝放置在坩埚底部，坩埚中间放置al-li、al-mg、al-cu、al-zr其它中间合金，剩余的纯铝放在最上面。
12、进一步地，步骤(2)中坩埚为经氮化硼特殊涂敷后的石墨坩埚，其中固体氮化硼质量分数大于60％，涂层厚度为0.05～1mm，然后室温下静置24～48h；高温炉预热坩埚、模具以及原料的升温速率为5℃/min～20℃/min。
13、进一步地，步骤(3)中感应加热炉进行抽真空的步骤为：先将炉内气压抽至0.8kpa以下，重复2-5次，其次通入保护气氛，为氩气，使炉内气压达到90-105kpa，重复1-3次。分阶段升温步骤为：使石墨坩埚在3-5min内升至250-350℃，然后使坩埚内温度在2-5min内升至400-500℃，之后使坩埚温度在2-5min内升至650-720℃，最后使坩埚内温度在2-5min升至750-800℃。
14、进一步地，步骤(4)中所述的调整真空感应加热炉的功率进行电磁搅拌特征在于，调整真空感应熔炼炉的功率在10％-100％之间振荡。
15、进一步地，步骤(5)中所述的高mg含量的超轻高强铝锂合金铸造特征在于，设置真空感应熔炼炉参数，将堵塞石墨坩埚底部注入孔的石墨棒升起，将合金熔体注入铜模，铜模具壁厚在40mm以上，注入时间控制在2-10s。
16、进一步地，步骤(6)中所述的高mg含量的超轻高强铝锂合金热处理特征在于，二级固溶处理包括：首先在420℃～500℃保温24h～48h，随后升温至520℃～540℃保温12h～36h，升温速率为5℃/min～20℃/min。其次本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高Mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，其特征在于，所述的铝锂合金成分按质量分数组成为Mg 4.0wt.％-6.0wt.％，Li 1.0wt.％-2.5wt.％，Cu 0.1wt.％-1.0wt.％，Zr 0.1wt.％-1.0wt.％，余量为Al和不可避免的杂质且杂质元素含量低于0.1wt.％。
2.根据权利要求1所述的一种高Mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，其特征在于，所述超轻高强铝锂合金的铸态组织为低孔洞率和夹杂物，晶界分布着Al2CuLi、Al2CuMg、Al2LiMg、AlLi以及Al3Zr金属间化合物，热处理后基体均匀分布着纳米级的Al2CuLi、Al2CuMg、Al2LiMg、Al3Li以及Al3Zr析出相。
3.根据权利要求1所述的一种高Mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，其特征在于，所述一种高Mg含量的超轻高强铝锂合金性能：密度为2.20-2.50g/cm3，抗拉强度为400MPa以上，延伸率为5.0％以上。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种高Mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，其特征在于，所述制备方法包括
...【技术特征摘要】
1.一种高mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，其特征在于，所述的铝锂合金成分按质量分数组成为mg 4.0wt.％-6.0wt.％，li 1.0wt.％-2.5wt.％，cu 0.1wt.％-1.0wt.％，zr 0.1wt.％-1.0wt.％，余量为al和不可避免的杂质且杂质元素含量低于0.1wt.％。
2.根据权利要求1所述的一种高mg含量的超轻高强铝锂合金及制备方法，其特征在于，所述超轻高强铝锂合金的铸态组织为低孔洞率和夹杂物，晶界分布着al2culi、al2cumg、al2li...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊升，薛程鹏，杨兴海，田光元，李全，苗以升，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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