一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺制造技术

本发明专利技术属于铝锂合金热处理技术，具体为一种可改善铝锂合金综合性能的热处理工艺。该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 0.5～5.0％，Li 0.4～2.3％，Mg 0.1～5.0％,Zn 0～8.0％，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag 0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。将铝锂合金固溶淬火后，在‑80℃～190℃进行0.5～5h的深冷处理，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生预时效的效果，然后进行单级或多级时效工艺来调控合金最终的析出相，使晶内的析出相均匀细小，晶界的析出相断续分布，从而提高合金的综合性能。其制备步骤为：固溶淬火；深冷处理；时效处理。本发明专利技术适用于航空、航天、兵器领域所用的铝锂合金厚板、锻件及挤压材。

Heat treatment process for improving comprehensive performance of Al Li alloy

The invention belongs to the heat treatment technology of aluminum lithium alloy, in particular to a heat treatment process which can improve the comprehensive performance of the aluminum lithium alloy. The weight percentage of the alloy composition and process for the main alloying elements Cu 0.5 ~ 5%, 0.4 ~ 2.3% Li, Mg 0.1 ~ 5%, 0 ~ 8% Zn, micro alloying elements Zr 0.04 ~ 0.20%, 0.20 ~ 0.80% Mn, Sc 0.05 ~ 0.35%, Ag 0.1 to any 0.9% in 1 ~ 4, Si = 0.10%, Fe = 0.10%, Ti = 0.10%, single impurity is less than 0.05%, the total amount of less than 0.15%, the rest is Al. The aluminum lithium alloy solid solution after quenching, in 80 to 190 DEG C for 0.5 ~ 5h deep cryogenic treatment, the formation of a large number of homogeneous clusters dispersed in the grain production, pre aging effect, then the single stage or multi-stage aging process to control the precipitation of the final alloy phase, the crystallization of the is a fine and uniform grain boundary precipitates discontinuous distribution, so as to improve the comprehensive properties of the alloy. The preparation steps are as follows: solid solution quenching; cryogenic treatment; aging treatment. The invention relates to an aluminum lithium alloy thick plate, forging and extrusion material used in the fields of aviation, spaceflight and weapons.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝锂合金热处理技术，具体为一种可改善铝锂合金综合性能的热处理工艺。
技术介绍
为了满足航空、航天领域低成本、长寿命、高可靠的需求，采取高比强、高比模、优良断裂韧度等具有高综合性能的材料，并结合大规格材料进行整体制造的方式已经成为当前的主要趋势。因此，具有优良综合性能，可实现明显结构减重效果的第三代铝锂合金(Al-Cu-Li-X系)成为关注的重点。随着规格增大，如何保证合金优良的综合性能并降低材料内部的残余应力成为研究的重点。Al-Cu-Li-X系合金中析出相种类很多，如δ′、θ′、δ′、T1相等，这些析出相直接影响了合金的综合性能，为了调控合金中的析出相，ZL201318001176.5公开了一种提高Al-Cu-Li-X系铝锂合金综合性能的热处理工艺，该方法主要是通过多及时效工艺调控析出相的分布，从而提高合金的综合性能。此外，深冷处理结合上坡淬火还可以降低铝合金中的残余应力(CN103628007A)。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，通过该方法，可使铝锂合金厚板、锻件及挤压材的综合性能获得较大提升，同时降低合金中的残余应力。本专利技术的技术方案是：一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu0.5～5.0％，Li0.4～2.3％，Mg0.1～5.0％,Zn0～8.0％，微合金化元素Zr0.04～0.20％，Mn0.20～0.80％，Sc0.05～0.35％，Ag0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。将铝锂合金固溶淬火后，在-80℃～190℃进行0.5～5h的深冷处理，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生预时效的效果，然后进行单级或多级时效工艺来消除合金中的残余应力并控制最终的析出相，使晶内的析出相均匀细小，晶界的析出相断续分布，从而提高合金的综合性能。其制备步骤为：1.1、固溶处理：在空气炉或盐浴炉中进行固溶处理，加热温度470℃～535℃，保温时间为最大截面厚度(t)mm×(3.0～10.0)min/mm。然后将合金进行室温水淬火；1.2、深冷处理：将淬火后的合金在环境箱中进行深冷处理，冷却温度-80℃～-190℃，保温时间0.5～5h；1.3、时效处理：将深冷处理后的合金立刻进行单级或多级人工时效处理：1.3.1时效时采取到温入炉的方式，通过温差变化产生的应力消除合金中的残余应力；1.3.2单级时效工艺为120℃～173℃/8～36h；1.3.3多级时效工艺为：90℃～135℃/10h～28h+140℃～165℃/6～16h，一级和二级时效之间采取连续随炉升温。本专利技术的优点是：本专利技术将铝锂合金固溶淬火后，在-80℃～190℃进行0.5～5h的深冷处理，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生预时效的效果，然后进行单级或多级时效工艺来消除合金中的残余应力并控制最终的析出相，使晶内的析出相均匀细小，晶界的析出相断续分布，从而提高合金的综合性能。本专利技术的热处理工艺省略了传统热处理过程中的预拉伸过程，在提高效率、节省能源的同时可以获得更加优良的综合性能，同时还可以消除合金中的残余应力。本专利技术方法工艺简单，可采取干冰、液氮等介质直接冷却，工艺简单可行，工业化可实施性强。具体实施方案下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术并不局限于下述实施例。实施例一采用本专利技术所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法，所对应的合金成分及重量百分比为：Cu4.0％，Li1.52％，Mg0.38％，Zn0.42％，Mn0.38％，Zr0.09％，Ti0.06％，Si0.06％，Fe0.08％，余量为Al，厚度为50mm的热轧板材进行固溶处理，温度535℃，保温时间5h，室温水喷淋淬火。将淬火后的板材放入液氮中冷却至-180℃，保温2h；取出后立刻放入125℃时效炉内进行加热，转移时间不超过5min，到温后保温20h，随炉升温至145℃，保温12h后取出空冷至室温，测量板材的拉伸、断裂性能以及晶间、剥落一级抗应力腐蚀性能(C环)、微观组织并于未经深冷处理的板材相比，结果如表1。可以发现通过本专利技术的方法处理后，合金的强度、断裂韧度以及耐腐蚀性能获得显著提高，综合性能显著提升，晶内析出相均匀弥散。表1本专利技术的方法处理前后性能比较实施例二采用本专利技术所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法，对合金成分及重量百分比为：Cu3.58％，Li1.38％，Mg0.41％，Ag0.50％，Zn0.20％，Mn0.38％，Zr0.08％，Ti0.08％，Si0.03％，Fe0.03％，余量为Al，厚度为80mm的自由锻件进行固溶处理，温度538℃，保温时间6h，室温水淬火。淬火后锻件放入液氮中冷却至-160℃，保温4h，然后迅速放入150℃的空气炉内进行人工时效处理，转移时间不超过5min，到温后保温23h后取出空冷至室温，测量锻件的性能并与未经深冷处理的锻件进行比较，如表2所示。可以发现通过本专利技术的方法处理后，合金的强度、断裂韧度以及耐腐蚀性能获得显著提高。表2本专利技术的方法处理前后性能比较实施例三采用本专利技术所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法对合金成分及重量百分比为：Zn7.52％，Mg1.63％，Cu1.32％，Li0.15％，Zr0.11％，Ti0.06％，Sc0.11％，Si0.03％，Fe0.06％，余量为Al，厚度为140mm的自由锻件进行固溶处理，加热温度482℃，保温时间420min，室温水淬火后放入液氮中冷却至-110℃，保温3.5h，然后迅速转移至135℃的空气炉内进行加热，转移时间不超过5min，到温后保温16h，随炉升温至155℃保温6h，然后取出空冷至室温。测量锻件的拉伸、断裂、腐蚀性能，并与未经深冷处理锻件的性能进行比较，如表3。可以发现通过本专利技术的方法处理后，合金的强度、断裂韧度及耐腐蚀性能获得显著提高。表3本专利技术的方法处理前后性能比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 0.5～5.0％，Li 0.4～2.3％，Mg 0.1～5.0％,Zn 0～8.0％，微合金化元素Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag 0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，其特征在于，制备步骤为：1.1、固溶处理：在空气炉或盐浴炉中进行固溶处理，加热温度470℃～535℃，保温时间为最大截面厚度tmm×3.0～10.0min/mm，然后将合金进行室温水淬火；1.2、深冷处理：将淬火后的合金在环境箱中进行深冷处理，冷却温度‑80℃～‑190℃，保温时间0.5～5h；1.3、时效处理：将深冷处理后的合金立刻进行单级或双级人工时效处理：1.3.1时效时采取到温入炉的方式，通过温差变化产生的应力消除合金中的残余应力；1.3.2单级时效工艺为120℃～173℃/8～36h；1.3.3双级时效工艺为：90℃～135℃/10h～28h+140℃～165℃/6～16h，一级和二级时效之间采取连续随炉升温。...

【技术特征摘要】
1.一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu0.5～5.0％，Li0.4～2.3％，Mg0.1～5.0％,Zn0～8.0％，微合金化元素Zr0.04～0.20％，Mn0.20～0.80％，Sc0.05～0.35％，Ag0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，其特征在于，制备步骤为：1.1、固溶处理：在空气炉或盐浴炉中进行固溶处理，加热温度470℃～535℃，保温时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝敏，李惠曲，李国爱，臧金鑫，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11