一種超高強(qiáng)鋁鋰合金及其制備方法
【專利摘要】一種超高強(qiáng)鋁鋰合金及其制備方法，本發(fā)明的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Cu?3.5～4.5%、Li?1.0～1.6%、Mg?0.30%～0.70%、Ag?0.2～0.70%、Zn?0.30～0.80%、Mn?0.20～0.50%、Zr?0.06～0.16%，雜質(zhì)Si＜0.10%、Fe＜0.10%，其它雜質(zhì)單個(gè)＜0.05%，總量＜0.15%，余量為Al。本發(fā)明用Mg、Ag、Zn微量元素共同復(fù)合微合金化強(qiáng)化，按合金成分配料，將原料熔化，經(jīng)爐內(nèi)精煉、靜置后，澆鑄成所需規(guī)格的合金鑄錠。本發(fā)明制造的板材，抗拉強(qiáng)度可達(dá)580MPa以上，同時(shí)延伸率高于7%，可用于航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、兵器等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)元件。
【專利說明】一種超高強(qiáng)鋁鋰合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)鋁鋰合金及其制備方法，屬于金屬材料工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]新型鋁鋰合金是航空航天最理想的結(jié)構(gòu)材料。隨著應(yīng)用需求的發(fā)展及冶金技術(shù)的提高，鋁鋰合金已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展，相應(yīng)的鋁鋰合金產(chǎn)品也劃分為三代。目前國(guó)際上正在開發(fā)第四代鋁鋰合金。鋁鋰合金發(fā)展的基本原則為:針對(duì)航空航天不同背景的應(yīng)用需求，分別設(shè)計(jì)不同性能的鋁鋰合金；如針對(duì)航天工業(yè)，鋁鋰合金的設(shè)計(jì)要求為低密度、高強(qiáng)度、高彈性模量及良好的焊接性。通過結(jié)構(gòu)減重，降低火箭發(fā)射成本、提高推重比是航天工業(yè)永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。隨著航天工業(yè)的發(fā)展，對(duì)減重的需求越來越大，要求鋁鋰合金在適當(dāng)降低密度的同時(shí)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。
[0003]歐美及中國(guó)均開展了高性能高強(qiáng)鋁鋰合金研究，一些已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)并開始應(yīng)用。其中高強(qiáng)鋁鋰合金的典型代表有美國(guó)2195鋁鋰合金(Al-4.0Cu-l.0L1-0.4Mg-0.4Ag-0.12Zr，已應(yīng)用于航天飛機(jī)外掛燃料貯箱)、前蘇聯(lián)1460鋁鋰合金(Al-3.0Cu-2.2L1-0.12Zr_0.15Sc，已應(yīng)用于運(yùn)載火箭低溫燃料貯箱)及中國(guó)的2A97(A1_3.85Cu-l.45L1-0.45Mg-0.5Ζη_0.3Μη_0.15Zr)鋁鋰合金。
[0004]Al-Cu-Li系鋁鋰合金的強(qiáng)度一方面與主合金成分主合金元素Cu、Li總量及比例有關(guān)，Cu、Li總量及比例決定了時(shí)效析出相類型(Tl、
θ、δ等等)及體積分?jǐn)?shù)；另一方面還與微量元素有關(guān)，通過微量元素的微合金化作用，改善析出強(qiáng)化相Tl θ相的分布狀態(tài)，可進(jìn)一步提高強(qiáng)度。
[0005]傳統(tǒng)鋁鋰合金中由于δ相引起的共面滑移，導(dǎo)致鋁鋰合金的各向異性。添加微量Zr可以細(xì)化晶粒、一定程度抑制共面滑移，但并不能根本改善其各向異性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)狀況提供了一種超高強(qiáng)鋁鋰合金及其制備方法。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明提出了一種超高強(qiáng)鋁鋰合金，其特征在于:化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為:Cu 3.5~4.5%、Li 1.(Tl.6%、Mg 0.30%~0.70%、Ag 0.20^0.70%、Zn 0.30^0.80%、Mn
0.20~0.50%、Zr 0.06~0.16%,雜質(zhì) Si〈0.10%、Fe〈0.10%,其它雜質(zhì)單個(gè)〈0.05%,總量〈0.15%，余量為 Al。
[0008]該鋁鋰合金中同時(shí)添加微量元素MgAg、Zn、Mn、Zr，微量元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為:Mg 0.30%~70%、Ag 0.20~0.70%、Zn 0.30-θ.80%、Mn 0.20-0.50%、Zr 0.06、.16%。
[0009]本發(fā)明采用Mg+Ag+Zn為合金化元素的共同復(fù)合微合金化強(qiáng)化。Mg+Ag及Mg +Zn都具有微合金化強(qiáng)化效果，但強(qiáng)化效果不如Mg+Ag+Zn的共同復(fù)合微合金化強(qiáng)化效果。微量元素Ag的添加還能改善鋁鋰合金的焊接性。[0010]本發(fā)明還采用Mn+Zr聯(lián)合添加，降低鋁鋰合金的各向異性。添加少量Mn可形成彌散相粒子，分散共面滑移，使滑移更加均勻，在降低各向異性中起重要作用。同時(shí)形成的含Mn、Zr彌散相粒子還能阻礙再結(jié)晶、細(xì)化晶粒和提高鋁鋰合金強(qiáng)度。[0011]本發(fā)明技術(shù)方案還提出一種上述超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，該方法的步驟是:
(1)按合金的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))要求配料；
(2)熔化配制好的金屬料，并及時(shí)添加溶劑保護(hù)熔體，熔化溫度為680°C~780°C；
(3)添加精煉劑對(duì)熔體進(jìn)行精煉，精煉溫度為690°C~740°C；
(4)精煉后進(jìn)行充分靜置，而后澆鑄成型；
(5)在加熱爐內(nèi)進(jìn)行鑄錠均勻化處理，均勻化制度為雙級(jí)均勻化，第一級(jí)溫度為45(T480°C，保溫時(shí)間8~12h ;第二級(jí)溫度為50(T530°C，保溫時(shí)間24~36h ；
(6)均勻化的鑄錠扒皮后進(jìn)行軋制加工，熱軋開坯溫度45(T490°C，熱軋過程中坯料溫度保持350°C以上；若制備薄板，需40(T460°C退火2小時(shí)后再進(jìn)行冷軋；
(7)軋制成型毛坯需經(jīng)固溶、淬火、預(yù)變形及人工時(shí)效得到超高強(qiáng)的鋁鋰合金。
[0012]步驟(2)~(4)采用氬氣保護(hù)。
[0013]步驟(2)~(4)采用LiF+LiCl熔劑保護(hù)。
[0014]步驟(3)采用六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑精煉。
[0015]步驟(3)可采用真空精煉。
[0016]步驟(7)的固溶溫度為49(T530°C。
[0017]步驟(7)的固溶處理后，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)變形，變形量為2~5%。
[0018]步驟(7)中的人工時(shí)效制度為:溫度15(Tl80°C，保溫時(shí)間8~40小時(shí)。
[0019]本發(fā)明一方面控制Cu、Li元素總量及比例，保證了合金基本強(qiáng)度；同時(shí)采用添加復(fù)合微合金化元素的方法，進(jìn)一步提高了鋁鋰合金的強(qiáng)度。Al-Cu-Li系鋁鋰合金具有焊接熱裂紋敏感性，添加微合金化元素還具有降低焊接裂紋敏感性作用，改善鋁鋰合金的焊接性能。本發(fā)明得到的鋁鋰合金強(qiáng)度可達(dá)580 MPa以上，同時(shí)延伸率高于7%?？商娲?219鋁合金，應(yīng)用于運(yùn)載火箭燃料貯箱及航天結(jié)構(gòu)中的壁板件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重10-20%。該超高強(qiáng)合金適用于制造航天航空、交通運(yùn)輸、兵器等領(lǐng)域用2 mnTl2 mm規(guī)格板材。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下為本發(fā)明技術(shù)的具體實(shí)施例。
[0021]表1是本發(fā)明所提出的超高強(qiáng)鋁鋰合金化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))實(shí)施例。
[0022]表1超高強(qiáng)鋁鋰合金化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))
【權(quán)利要求】
1.一種超高強(qiáng)鋁鋰合金，其特征在于合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Cu 3.5-4.5%, Li1.0-1.6%、Mg 0.30%~0.70%、Ag 0.20~0.70%、Zn 0.30-θ.80%、Mn 0.20-θ.50%、Zr0.06~0.16%,雜質(zhì) Si〈0.10%、Fe〈0.10%,其它雜質(zhì)單個(gè)〈0.05%,總量〈0.15%,余量為 Al。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)按合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)要求配料； (2)熔化配制好的金屬料，并添加溶劑保護(hù)熔體，熔化溫度為680°C^780°C ； (3)添加精煉劑對(duì)熔體進(jìn)行精煉，精煉溫度為690°C~740°C； (4)精煉后進(jìn)行充分靜置，而后澆鑄成型； (5)在加熱爐內(nèi)進(jìn)行鑄錠均勻化處理，均勻化制度為雙級(jí)均勻化，第一級(jí)溫度為450-480 0C ，保溫時(shí)間8~12h ;第二級(jí)溫度為50(T530°C，保溫時(shí)間24~36h ； (6)均勻化的鑄錠扒皮后進(jìn)行軋制加工，熱軋開坯溫度45(T490°C，熱軋過程中坯料溫度保持350°C以上；如果制備薄板，在40(T46(TC退火2小時(shí)后再進(jìn)行冷軋； (7)軋制成型毛坯經(jīng)固溶、淬火、預(yù)變形及人工時(shí)效得到超高強(qiáng)的鋁鋰合金。
3.如權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于:步驟(2廣(4)采用氬氣保護(hù)。
4.如權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的熔劑為L(zhǎng)iF+LiCl熔劑。
5.如權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的精煉劑是六氯乙燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于:步驟(3)精煉時(shí)為真空。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于:步驟(7)采用的固溶溫度為49(T530°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的制備方法，其特征在于:步驟(7)所述的固溶處理后，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)變形，變形量為2~5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求(2)所述的超高強(qiáng)鋁鋰合金的方法，其特征在于:步驟(7)采用的人工時(shí)效制度為--溫度15(Tl80°C，保溫時(shí)間8~40小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103509984SQ201310448824
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】李勁風(fēng), 鄭子樵, 劉平禮, 羅先甫, 陳永來, 張旭虎 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 航天材料及工藝研究所