一种低密度高强度高塑性的铝合金及其制备方法技术

一种低密度高强度高塑性的铝合金及其制备方法，属于冶金技术领域，所述的铝合金化学成分按质量百分比为：Cu：3.5～5.0％，Li：1.0～2.0％、La：0.1～0.3％、Ce：0.1～0.3％、Zr：0.2～0.5％，余量为Al；具体制备工艺如下：原料预热、合金熔炼、均匀化处理和塑性加工；具体是一种通过低成本的稀土微合金化的方式来弱化变形铝合金板材织构，得到的变形合金型材，具有弱化的非基面织构，从而改善铝合金型材的强度、塑性，以及成形能力。所述铝合金的性能：抗拉强度580～630MPa；延伸率：8～12％；所述铝合金的微观组织由β

【技术实现步骤摘要】
一种低密度高强度高塑性的铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于冶金
，特别涉及一种低密度高强度高塑性的铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金作为最轻的金属结构材料，具有高比强度和高比刚度、加工性能优良、抗阻尼减震性能好、热传导能力优良、无污染等优良性能，而且在高温和常温下都具有良好的变形能力，被广泛的应用在军事、航天航空、核能工程等一些领域内。
[0003]铝为面心立方结构，这导致其塑性成形能力较差。在Al中添加Li元素，可以使密度降低，比普通铝合金轻1/4～1/3。当合金中的Li元素逐渐增加时，密排六方的铝合金会逐渐转化为体心立方。Li含量小于1.0％时，合金由面心立方的α
‑
Al单相组成；Li含量在0.5～1.0％时，合金由面心立方的α
‑
Al相和体心立方的β
‑
Li相双相组成；当Li含量大于0.5％时，合金由体心立方的β
‑
Li单相组成。β
‑
Li相相对于α
‑
Al相的滑移系更多，因此该合金具有良好的塑性变形能力。
[0004]目前大多数提高铝合金性能的方法是控制Li元素的含量在0.5～1.0％，并且添加大量其他的合金元素，例如Al、Mn、Ca、Zn等以及稀土元素。因此就可以形成α+β的双相组织，提高铝合金的塑性，而加入的其他合金元素能够提高铝合金的力学性能，尤其是强度。但是，加入大量的其他非锂合金元素，反而会提高铝合金的密度，就势必缩小了铝合金与其他普通铝合金的密度差距。而且锂元素较为昂贵，加入过多的锂元素会提高合金的成本，也会导致合金强度的明显降低。

技术实现思路

[0005]为了解决以上问题，本专利技术提供了一种低密度高强度高塑性的铝合金及其制备方法，实现了降低Li的用量以及合金成本，提高了铝合金的强度，同时又能保证铝合金的优良塑性，所述铝合金具有低密度高强度塑性好的特点。
[0006]本专利技术提供了一种低密度高强度高塑性的铝合金，所述合金化学成分按质量百分比为：Cu：3.5～5.0％，Li：1.0～2.0％、La：0.1～0.3％、Ce：0.1～0.3％、Zr：0.2～0.5％，余量为Al。
[0007]进一步，所述铝合金化学成分按质量百分比为Cu：5.0％，Li：2.0％、La：0.3％、Ce：0.3％、Zr：0.5％，余量为Al。
[0008]根据权利要求1所述的低密度高强度高塑性的铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009](1)称量：将原材料进行称量；
[0010](2)熔炼：将纯铝、Al
‑
20Cu中间合金、Al
‑
20Li中间合金、Al
‑
20La中间合金、Al
‑
20Ce中间合金、Al
‑
20Zr中间合金进行预热250℃。将电炉升温至690
‑
710℃，将纯Al置于坩埚中，待工业纯铝完全熔化后，升温至730
‑
740℃加入经预热Al
‑
20Cu中间合金、Al
‑
20Li中
间合金、Al
‑
20La中间合金、Al
‑
20Ce中间合金、Al
‑
20Zr中间合金，升温至760
‑
780℃加入经预热的Al
‑
5Ti
‑
1B中间合金，熔炼期间充分搅拌；降温710
‑
720℃，静置30min后，倒入冷却结晶器中，使用铸造机以一定速度进行直冷式半连续铸造，得到合金铸锭；
[0011](3)均匀化：在460～480℃温度条件下进行均匀化处理，保温时间为12～24h；
[0012](4)机加工：制得的铸锭进行表面车皮，去除头部和底部的铸造缺陷；加工至410mm备用；
[0013](5)热挤压：挤压前将均匀化处理后的铸锭加工至合适尺寸，除去表面氧化皮，将处理后铸锭和挤压模具在430～460℃预热2～3h，挤压温度为440～460℃，挤压比为10:1～25:1，挤压速率为2～5m/min。
[0014](6)时效处理：将挤压好的试样切样，放入真空干燥箱中进行时效。
[0015]根据权利要求3所述的一种低密度高强度高塑性的铝合金，其特征在于，所述铝合金的微观组织，是由均一的β
‑
Li固溶体晶粒和α
‑
Al固溶体构成；其中基体组织为α
‑
Al，晶间组织为β
‑
Li，其中α
‑
Al晶粒的尺寸分布在0.5～15μm。
[0016]根据权利要求2所述的一种高强度变形铝合金的制备方法，其特征在于：所述(6)步骤中，首先将铝合金在120～140℃下保温1～2h，然后在160～180℃下保温8～12h。
[0017]根据权利要求3所述的低密度高强度高塑性的铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中高锂含量的铝合金熔点根据Al
‑
Li二元相图来决定。
[0018]上述铝合金的微观组织，与塑性很差的晶体结构为面心立方的传统铝合金相比，新的铝合金在变形期间，由塑性优良的高锂铝合金组成的晶间组织承担变形，有效地改善了铝合金的塑性；由传统铝合金构成的基体组织保持了新的铝合金的强度。
[0019]上述铝合金的微观组织，是由传统铝合金和高锂含量的铝合金按比例混合而成；在两种合金混合时，微观组织是低温低熔点高锂含量的铝合金和高温高熔点的传统铝合金形成的；新的铝合金的基体组织为先凝固的传统铝合金，新的铝合金的晶间组织为后凝固的高锂含量的铝合金。
[0020]图1为铝合金微观组织组成示意图。图中，1为由高熔点传统铝合金组成的基体组织或晶粒；2为由低熔点的高锂铝合金组成的晶间组织。实际制备出来的铝合金微观组织组成可能没有图中那么均匀。铝合金微观组织由高熔点传统铝合金组成的基体或晶粒的尺寸分布在0.5～15μm之间，基体之间分布着低熔点高塑性的高锂铝合金组成的晶间组织。
[0021]Al
‑
Li二元相图，高锂含量的铝合金熔点可以根据该相图来决定。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利是获得了新的铝合金微观组织，不同于传统铝合金的均匀微观组织，在新的铝合金的形成过程中，由低温低熔点的高锂铝合金冷却高温高熔点的传统铝合金，凝固后形成了较多的低塑性高强度的传统铝合金为基体组织和较少的高塑性低强度低密度的高锂铝合金为晶间组织的混合微观组织。传统铝合金或铝合金是通过滑移系进行变形，而新的铝合金是通过高塑性的晶间组织变形，高强度的基体作为“骨架”同时能保证合金的强度。另外，相比传统的铝合金，新的铝合金的强度更高，Li的使用量更少。因此，该工艺能够明显降低合金成本，同时又能提高合金的塑性和强度。
附图说明
[0024]图1为实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度高强度高塑性的铝合金，其特征在于，所述的铝合金化学成分按质量百分比为：Cu：3.5～5.0％，Li：1.0～2.0％、La：0.1～0.3％、Ce：0.1～0.3％、Zr：0.2～0.5％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种低密度高强度高塑性的铝合金，其特征在于，所述铝合金化学成分按质量百分比为Cu：5.0％，Li：2.0％、La：0.3％、Ce：0.3％、Zr：0.5％，余量为Al。3.根据权利要求1所述的低密度高强度高塑性的铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)称量：将原材料进行称量；(2)熔炼：将纯铝、Al
‑
20Cu中间合金、Al
‑
20Li中间合金、Al
‑
20La中间合金、Al
‑
20Ce中间合金、Al
‑
20Zr中间合金进行预热250℃。将电炉升温至690
‑
710℃，将纯Al置于坩埚中，待工业纯铝完全熔化后，升温至730
‑
740℃加入经预热Al
‑
20Cu中间合金、Al
‑
20Li中间合金、Al
‑
20La中间合金、Al
‑
20Ce中间合金、Al
‑
20Zr中间合金，升温至760
‑
780℃加入经预热的Al
‑
5Ti
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍俊，沈现猛，丁春华，吕尚娟，孟杰，
申请(专利权)人：山东南山铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：