一种高强高韧铝锂合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高韧铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.6~2.3%，铜：2.9~3.8%，镁：0.15~0.60%，钴：0.18~0.35%，锶：0.05~0.25%，钇：0.09~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比（Cu/Li）控制为1.3~2.0；本发明专利技术还公开了该高强高韧铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：配料、熔炼、铸造、均匀化、热轧、退火、冷轧、固溶、时效。本发明专利技术通过复合微合金化，采用真空无溶剂熔铸获得高品质铸锭，通过后续大变形和固溶、时效工艺，获得强度和塑韧性良好匹配的铝锂合金。

High strength and high toughness aluminum lithium alloy and preparation method thereof

The present invention discloses a high strength and high toughness aluminum-lithium alloy, which is composed of the following components: lithium: 1.6-2.3%, copper: 2.9-3.8%, magnesium: 0.15-0.60%, cobalt: 0.18-0.35%, strontium: 0.05-0.25%, yttrium: 0.09-0.18%, zirconium: 0.06-0.12%, residual aluminum; in which the mass ratio of copper to lithium (Cu/Li) is controlled to 1.3-2.0; The invention also discloses a preparation method of the high strength and high toughness Al-Li alloy, which comprises the following steps: batching, smelting, casting, homogenization, hot rolling, annealing, cold rolling, solid solution and aging. The high quality ingot is obtained by composite microalloying, vacuum solventless casting, and the Al-Li alloy with good matching strength and plasticity and toughness is obtained by subsequent large deformation, solid solution and aging process.

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧铝锂合金及其制备方法
本专利技术属于铝合金
，具体涉及一种高强高韧铝锂合金及其制备方法。
技术介绍
铝锂合金作为一种轻质、高强和耐腐蚀的金属结构材料，合金中每添加1%的锂，密度降低3%，在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量，在航空、航天领域有十分广阔的应用前景。采用铝锂合金代替常规的高强铝合金可使结构质量减轻10%~20%，弹性模量提高6%，刚度提高15%~20%，被认为是航空航天最理想的结构材料。锂是化学性质最活泼的金属元素，在铝合金中添加锂，将导致铝锂合金在熔炼过程中非常容易产生氧化、吸氢、夹渣等问题，同时增加合金铸造时的凝固温度区间，常规铸造方法缩松严重，且凝固后容易发生开裂。常规铸造工艺中多添加一定量熔剂，且工业化铸锭规格较小，后续变形量不足，大量织构造成严重的各向异性是铝锂合金塑性和断裂韧性较差的重要原因。通过对现有技术的文献检索发现，铝锂合金中主要强化相是Al2CuLi相，大量研究表明Li元素以Al2CuLi相析出而不是Al3Li相析出可有效改善铝锂合金的塑韧性。专利CN104451272B轻质高强铸造铝锂合金及其制备方法，采用较低的Cu/Al比，不利于强化相Al2CuLi相的形成；其采用常规铸造方法，铸造过程中添加熔剂，合金熔体纯净度较低，合金塑性较差。专利CN104313421B涉及一种铝锂合金铸锭的制备方法，加入了较高比例Ag元素，大大增加材料成本；而其添加了一定量Mn元素，围绕Al6Mn形成晶界无沉淀析出带对合金塑性不利，该相可作为A13Li相的形核促媒，进一步降低合金塑性。目前为止，铝锂合金材料存在塑韧性差、成本较高的问题，寻求一种低成本、高强高塑的铝锂合金具有十分重要的意义。
技术实现思路
基于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种高强高韧铝锂合金，还提供了该高强高韧铝锂合金的制备方法，通过复合微合金化，采用真空熔铸及后续变形加工、热处理工艺，获得强度和塑韧性良好匹配的铝锂合金。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高强高韧铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂（Li）：1.6~2.3%，铜（Cu）：2.9~3.8%，镁（Mg）：0.15~0.60%，钴（Co）：0.18~0.35%，锶（Sr）：0.05~0.25%，钇（Y）：0.09~0.18%，锆（Zr）：0.06~0.12%，余量为铝（Al）；其中，铜与锂的质量比（Cu/Li）控制为1.3~2.0。优选地，一种高强高韧铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.6~2.2%，铜：2.9~3.8%，镁：0.20~0.60%，钴：0.18~0.25，锶：0.10~0.18%，钇：0.11~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比控制为1.5~2.0。优选地，一种高强高韧铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.8~2.2%，铜：2.9~3.3%，镁：0.30~0.60%，钴：0.18~0.20，锶：0.15~0.18%，钇：0.11~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比控制为1.5~1.6。上述高强高韧铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：（1）按照合金中各组分的质量百分比进行配料；将所配原料于780~860℃氩气气氛下熔炼，得到金属液；（2）将步骤（1）所得金属液于700~730℃氩气精炼10~15min，再于710~730℃静置10~20min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；（3）将步骤（2）所得铸锭于氩气气氛下进行均匀化退火，得到经均匀化处理的铸锭；其中，均匀化退火控制为：495~530℃保温16~24h，空气中冷却至室温；（4）将步骤（3）所得经均匀化处理的铸锭去除表面氧化层后，预热至440~475℃，热轧开坯，得到厚度为16~25mm的板坯；（5）将步骤（4）所得板坯经中间退火后，进行冷轧，得到厚度为2~6mm的板材；其中，中间退火控制为：380~450℃保温1.5~3h，空气中冷却至室温；（6）将步骤（5）所得板材依次进行固溶处理和时效处理，即得；其中，固溶处理控制为：500~525℃保温35~75min，水淬；时效处理控制为：155~175℃保温12~24h。优选地，步骤（1）中所述熔炼具体是将所配原料装入真空炉中，抽真空至炉内的真空度为0.1~10Pa，然后通入氩气至炉内压强达到200~350Pa，再升温至780~860℃，保温至得到金属液。优选地，步骤（2）中所述浇铸成型具体是将浇铸液浇铸到水冷模具中冷却凝固，所述冷却的速率为200~300℃/s。优选地，步骤（4）中所述热轧道次压下量为15~25%。优选地，步骤（5）中所述冷轧道次压下量为8~12%。优选地，步骤（6）中所述水淬时所用水的温度为40~55℃。本专利技术所用原料均为普通市售产品。其中，所配原料包括金属铝、金属镁、金属铜、金属钴及中间合金，所述金属铝采用99.99%工业重熔精铝锭，所述金属镁采用99.99%高纯镁锭，所述金属铜采用99.99%阴极电解铜，所述金属钴采用99.9%金属钴粉，所述中间合金（Al-Li、Al-Sr、Al-Y、Al-Zr）分别采用Al-10Li、Al-10Sr、Al-20Y、Al-4Zr精铝中间合金锭。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术使用高纯金属及中间合金为原料，采用真空无溶剂保护熔炼，水冷模快速冷却的铸造方式，同时在气体保护状态下进行精炼，保护气氛下进行热处理，减少合金中铸造缺陷，降低杂质元素及含气量，保证得到高纯净铝锂合金，显著提高铝锂合金塑韧性。2.本专利技术涉及的铝锂合金材料，通过较高Cu/Li比，实现有效强化相Al2CuLi相形成，镁元素的加入可进一步促进Al2CuLi相析出，合金具有较高的强度；钴元素的添加进一步提高合金强度；锶元素的添加抑制晶界无沉淀析出带形成，提高合金塑韧性；钇、锆元素的添加形成Al3Y、Al3Zr等强化相，这些相在合金凝固过程中可作为异质形核核心细化晶粒，提高铝锂合金综合力学性能。3.本专利技术采用较高温度下、较大变形量热轧开坯工艺，进一步消除铸造缺陷，热轧后的合金具有完全再结晶组织，大角晶界占90%以上，改善合金塑性，有利于后续冷轧变形。4.通过“形变+热处理”工艺优化，实现对强化相析出和分布的有效控制，充分发挥铝锂合金各组分元素的时效强化效果，使铝锂合金冷轧薄板在具有较高强度同时，仍具有良好塑性。附图说明图1是实施例1步骤（2）所得铸锭的金相图。具体实施方式为了使本专利技术的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行，下述实施例中所用原料均为普通市售产品。实施例1一种高强高韧铝锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：2.1%，Cu：3.8%，Mg：0.2%，Co：0.25%，Sr：0.1%，Y：0.12%，Zr：0.09%，余量为Al；其中Cu/Li质量比为1.8。上述高强高韧铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：（1）按照合金中各组分的质量百分比进行配料；将所配原料预热，并加入真空感应熔炼炉中，抽真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强高韧铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.6~2.3%，铜：2.9~3.8%，镁：0.15~0.60%，钴：0.18~0.35%，锶：0.05~0.25%，钇：0.09~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比控制为1.3~2.0。

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.6~2.3%，铜：2.9~3.8%，镁：0.15~0.60%，钴：0.18~0.35%，锶：0.05~0.25%，钇：0.09~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比控制为1.3~2.0。2.如权利要求1所述高强高韧铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.6~2.2%，铜：2.9~3.8%，镁：0.20~0.60%，钴：0.18~0.25，锶：0.10~0.18%，钇：0.11~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比控制为1.5~2.0。3.如权利要求1所述高强高韧铝锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：锂：1.8~2.2%，铜：2.9~3.3%，镁：0.30~0.60%，钴：0.18~0.20，锶：0.15~0.18%，钇：0.11~0.18%，锆：0.06~0.12%，余量为铝；其中，铜与锂的质量比控制为1.5~1.6。4.权利要求1至3任一所述高强高韧铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照合金中各组分的质量百分比进行配料；将所配原料于780~860℃氩气气氛下熔炼，得到金属液；（2）将步骤（1）所得金属液于700~730℃氩气精炼10~15min，再于710~730℃静置10-20min，得到浇铸液，将浇铸液浇铸成型，得到铸锭；（3）将步骤（2）所得铸锭于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志鹏，肖阳，马凯杰，解海涛，郭晓光，王松森，李建岭，王军武，程家尧，
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：河南,41