一种超高强铝锂合金及热处理工艺制造技术

一种超高强铝锂合金，包括下述组分按重量百分比组成：Cu：4～4.5，Li：1.3～1.4，Mg：0.3～0.5，Ag：0.2～0.4，Zr：0.05～0.2，余量为Al。其制备方法是按设计组分配比取铝锂合金各组分，在氩气保护下熔化后，浇注得到铸锭，铸锭经均匀化处理、挤压后得到挤压坯；将挤压坯加热至495℃～515℃均温0.5-1.5h，水淬后在50℃～120℃时效3h～96h；或者，水淬后150℃～200℃时效2h～10h后转50℃～120℃时效3h～96h。本发明专利技术的Al-Cu-Li-Mg-Ag-Zr合金克服传统铝锂合金高强度但低塑性的缺点，成功在保证较高室温拉伸强度的同时显著提高合金室温塑性，并且超过了传统铝锂合金的性能，而且通过降低合金Cu/Li比，降低合金的密度，显著提高合金的比强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超高强铝锂合金及热处理工艺，特别是指有效提高超高强铝锂合金室温塑性的热处理工艺。属于高性能金属结构材料制备

技术介绍
航空发动机，航天制造业及各国空间计划的开展，对传统结构材料提出更高的要求，不仅要求提高其抗拉强度，还需要考虑其制造成本和使用成本。在铝合金中添加锂元素已经引起越来越多的研究关注，因为铝锂合金与传统铝合金如2000系和7000系相比，具有更低的密度，更高的比強度，及更高的抗损伤容限。但是铝锂合金的大規模商品化生产在过去的很长一段时间内都无法实现，主要原因在两方面一，铝锂合金的塑韧性差；ニ，铝锂合金的断裂韧性差。过去的四十年，全球范围内都在开展改良铝锂合金的研究。一系列的铝锂合金(不同的锂和铜元素的含量)已经研究出，并且具备更优良的加工性能。有研究发现每提高铝锂合金中锂的加入量1%，可以降低合金密度3%，増加弹性模量6%。尽管锂的加入可以有效地提高合金的性能，并且抗拉强度与锂元素的加入量紧密相连，但是，锂元素的加入存在极限值。当超过极限值后，合金表现出恶化的性能。Lagan和Pickens等人发现当锂元素的加入量超过合金总重的I. 3%时,合金的屈服強度和抗拉强度都下降。当锂元素的含量控制在I. 1-1. 3%时，合金强度达到最大值。也有研究指出，在Al-Li-Cu合金中加入Zr，Ag，Mg，及稀土元素都可以使得合金表现出强度和韧性的优异结合。正因如此，具有高Cu/Li元素比，名义合金成分为Al-6. 3Cu-l. 3Li_0.4Ag-0. 4Mg-0. 14Zr的Weldanite 049合金成功开发，其具备良好的加工性能及优异的焊接性能。有相关文献记载型号2094合金，Cu/Li元素比约为5的铝锂合金，T6及T8态室温拉伸性能为，抗拉强度568. 4Mpa和610. 9Mpa，屈服强度为518Mpa和573Mpa，延伸率分别为8. 5%和7%，而降低Cu/Li比可以有效的降低合金密度，大幅提高合金比強度性能，减轻材料总重。但提高合金中锂元素含量影响合金的室温塑性。主要由于提高熔炼中锂元素含量，不可避免的造成合金氢元素含量偏高，提高合金氢脆倾向，晶界强度降低，易发生沿晶断裂，合金塑性差。目前，国外采用高真空熔炼，延长熔炼时间，氢元素溢出熔体，降低合金氢脆倾向，但存在锂元素易从熔体挥发，熔炼设备价格昂贵，造成合金成本偏高等问题。而采用原有氩气保护氛围熔炼条件，通过改善合金元素含量配比，利于合金基体共格、半共格析出相弥散分布，适当減少非共格增强相数量，増加塑性变形中位错总滑移程，大幅提高合金塑性却鲜有行之有效的热处理工艺。因此研究高性能低铜锂比铝锂合金，开发有效的热处理制度改善合金的室温強度，尤其是提高室温塑性，对拓展铝锂合金应用领域至关重要。专利技术目的本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种合金成分设计合理、制备的合金密度小、热处理工艺简单、热处理后合金比強度高、室温塑性好的超高强铝锂合金及热处理工艺。本专利技术ー种超高强铝锂合金，包括下述组分按重量百分比组成Cu :4 4. 5，Li :1.3 I. 4，Mg 0. 3 O. 5,Ag :0.2 O. 4，Zr :0· 05 O. 2，余量为 Al。本专利技术ー种超高强铝锂合金的热处理工艺是采用下述方案实现的按设计组分配 比取铝锂合金各组分，在氩气保护下熔化后，浇注得到铸锭，铸锭经均匀化处理、挤压后得到挤压坯；将挤压坯加热至495°C 515°C保温O. 5-1. 5h，水淬，然后在50°C 120°C时效3h 96h ;或者，水淬，然后150°C 200°C时效2h IOh后转50°C 120°C时效3h 96h。本专利技术ー种超高强铝锂合金的热处理工艺中，所述浇注时采用水冷方式得到铸锭。本专利技术ー种超高强铝锂合金的热处理工艺中，所述均匀化处理的エ艺參数为430°C 460°C保温15h 20h+480°C 51 (TC保温5h IOh后空冷。本专利技术ー种超高强铝锂合金的热处理工艺中，所述挤压的エ艺參数为开坯温度440°C 470°C，挤压模具温度430 460°C，挤压速率为O. 2-0. 4mm/min，挤压比为25-30。专利技术的优点和积极效果本专利技术由于采用上述组分配比，有利于控制合金化程度，尤其是大幅減少如Mn、Zn,Ti等重元素及Si、Fe杂质元素的含量，控制Cu/Li比在2. 8 3. 5，有效降低合金密度，利于合金主要增强相δ ’和Tl相大量弥散析出，保证合金室温条件下优异的力学性能，较2094、2095、平均名义成分的Weldanite 049合金的密度都要低，材料的比强度最高可以提高2. 58%。本专利技术的热处理工艺与传统铝锂合金热处理工艺重大区别在于传统热处理エ艺采用固溶淬火后，经高温160°C 220°C单级时效快速析出主要強化相，获得较高的力学性能，或双级时效即高温160°C 220°C时效后转长时间低温130°C 150°C时效，但都无法解决控制析出相长大以及晶界连续析出等问题。本专利技术摒弃传统エ艺，结合理论模拟实验数据，采用固溶后直接转低温短时间时效，及高温时效后转低温短时间时效，对合金性能的影响主要是通过对δ ’ (Al3Li)和Tl (Al2CuLi)等強化相的影响来实现，δ ’相粒子和Tl相的尺寸、大小和分布情况直接影响合金的強度和塑性。单级低温50°C 120°C短时时效，合金中过饱和的铜含量促进时效过程Li原子从固溶体中析出，在时效初期Al3Li即δ ’相开始长大，Li原子与空位结合加快δ ’相生长，低温时效时形成的δ ’相极为细小，弥散。δ ’相的析出消耗了大量的Li原子，与之相结合的空位因此得到释放。这些与Li原子结合的空位被释放出来与铜原子結合，有利于Cu原子扩散，晶内空位浓度增加，为Tl相的析出提供了更多的非均匀形核点。合金低Cu/Li比，较高的Li含量，为溶质原子的扩散提供了高扩散通道，从而加快了低温下Tl相的析出速度，抑制Tl相长大速度，Tl相无明显粗化长大。同时，低温短时间时效过程中，较高的晶内空位浓度削弱“贫空位机制”引起的无沉淀析出带(PFZ)，晶界连续分布析出的平衡相数量锐减，细小弥散分布的δ ’相及尺寸小，数量多的Tl相对位错运动构成的一定阻碍，合金表现为较高的強度，塑性无明显降低。双级时效，即高温150°C 200°C时效转低温短时时效主要通过高过饱和浓度合金中Tl相在G. P区強化形核生成，高温对Cu、Li原子扩散起促进作用，非常有利于基体Tl相形核长大，合金主要強化相Tl相弥散析出，立即转低温时效，有效避免Tl相晶界粗化分布。同吋，低温50°C 120°C时效3h 96h，合金强化相δ ’相基体再析出，由于时效温度低，时效时间短，这些S ’相质点与基体共格，非常细小，分布均匀，在加工变形过程中强烈钉扎位错和亚晶界，増加位错滑移时的临界分切应力，提高合金的强塑性，并使合金变形时更加均匀，改善合金的強度及塑性。开发出能有效的控制铝锂合金中两种主要增强相δ ’和Tl相的析出体积分数，并结合热加工エ艺的合金热处理工艺。能够获得理想抗拉强度和屈服強度，同时使合金的室温塑性大幅提高Τ6态塑性由不足4%提高至10%，抗拉强度不低于630Mpa，屈服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，于迪尔，谷艳霞，应普友，周璇玮，夏琳燕，刘雄，刘灿威，李福东，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：