專利名稱：一種高強(qiáng)韌鋁鋰合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高強(qiáng)韌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)：
近年來，隨著鋁冶金裝備技術(shù)及冶金學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)水平的提高，鋁鋰合金經(jīng)歷了 三代發(fā)展，鋁鋰合金的冶金設(shè)計(jì)原則已發(fā)展為適中的強(qiáng)度、略低的密度、低各向異 性，并充分發(fā)揮其剛性及耐損傷優(yōu)勢(shì)。在生產(chǎn)上追求更低的工藝成本，表現(xiàn)為其生產(chǎn)工 藝更接近普通鋁合金。隨著航空工業(yè)，特別是民用大型飛機(jī)制造業(yè)的競(jìng)爭加劇，波音、空客、龐巴迪 及中國商飛等飛機(jī)制造公司紛紛將飛機(jī)運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性及高壽命設(shè)計(jì)作為其核心技術(shù)。結(jié) 構(gòu)減重及選用耐損傷材料是實(shí)現(xiàn)該核心技術(shù)的重要手段，先進(jìn)的鋁鋰合金可同時(shí)滿足以 上兩項(xiàng)要求，本發(fā)明可用來替代2124-T851厚板及7050-T7451厚板在飛機(jī)上應(yīng)用，可減 重10 15%，預(yù)估使用壽命可提高4倍以上。在航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、體育用 品、兵器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，歐美開展了三代高性能鋁鋰合金研究，并有一些已接近工業(yè)化生產(chǎn)的 水平。其高強(qiáng)韌型代表合金有2050合金(AH3.6Cu-l.0Li-0.3Mn-0.4Mg-0.5Ag-0.lZr)及 2195 合金(A卜4.0Cu-1.2Li-0.6Mg-0.5Ag_0.1Zr)。鋁鋰合金的生產(chǎn)傳統(tǒng)由原蘇聯(lián)工藝及歐美工藝，原蘇聯(lián)工藝采用真空熔煉技 術(shù)，研制生產(chǎn)了 Al-Mg-Li系及Al-Mg-Li-Sc系鋁鋰合金，并在多種型號(hào)上應(yīng)用；歐美國 家更多的發(fā)展氣體精煉技術(shù)，合金體系以Al-Cu-Li系為主，本發(fā)明特點(diǎn)在于采用氣體精 煉或氣體+真空混合精煉技術(shù)，研制了新型高強(qiáng)韌型鋁鋰合金。研究表明，較好的工藝 控制下不同的精煉技術(shù)是等效的。鋁銅鋰合金的強(qiáng)度主要取決于Li+Cu的合金元素總量，塑性取決于固溶程度， 以鋰當(dāng)量(Li+Cu/2.82)可以粗略估計(jì)合金的固溶程度，當(dāng)Li+Cu總量超過5%時(shí)，其擠 壓棒的強(qiáng)度可以達(dá)到500Mpa以上，而Li當(dāng)量控制在2.4 2.6時(shí)，合金的塑性可確保在 6%左右。本發(fā)明控制Li+Cu總量接近5%，Li當(dāng)量略高于2.6，從而保證合金強(qiáng)度及塑 性。Al-Li系合金的各向異性來源于δ ‘相引起的共面滑移和織構(gòu)，&的加入會(huì)抑 制S'相的共面滑移，同時(shí)對(duì)合金有很好的韌化作用，但不能大幅度降低合金的各向異 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種高強(qiáng)韌鋁鋰合金及其制備 方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明技術(shù)方案提出了一種高強(qiáng)韌鋁鋰合金，其特征在于合金的化學(xué)成分及重量百分比為Cu 3.2 4.2%，Li 0.7 1.8%，Si<0.10%, Fe<0.10%, Ti<0.12%, 其它雜質(zhì)單個(gè)《0.05%，總量動(dòng).15%，余量為Al。在該合金的化學(xué)成分中還加入Mn、Zn、Mg、Ag和Zr中的1 5種，加入的 重量百分比為Mn 0.20 0.60%，Zn 0.20 0.60%，Zr 0.06 0.20%，Mg 0.20% 0.80%, AgO.2 0.7%。本發(fā)明技術(shù)方案采取Zr+Mn聯(lián)合加入的方式，從而大幅度降低鋁-鋰-銅合金 的各向異性。Mg、Zn、Ag等微量元素對(duì)Al-Li-Cu合金都有一定的強(qiáng)韌化作用，其中 Mg+Ag的聯(lián)合微合金化強(qiáng)化效果最好，Mg+Zn次之。本發(fā)明可從強(qiáng)韌匹配及性能/成 本等不同方面考慮生產(chǎn)Mg+Ag及Mg+Zn微合金化鋁鋰合金，亦可生產(chǎn)少無微合金化的 鋁鋰合金。該合金適用于制造航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、體育用品、兵器等領(lǐng)域用 IOmm 80mm規(guī)格板材。本發(fā)明技術(shù)方案還提出了一種制備上述高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于 該方法的步驟是(1)按合金的化學(xué)成分及重量百分比要求配料；(2)在熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔化，熔化溫度為680°C 780V ；(3)對(duì)完全熔化的金屬液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在690°C 750°C的范 圍內(nèi)；(4)精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間不低于30分鐘；(5)充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度維持在700°C 720°C的范圍內(nèi)，澆鑄速度 為15 200mm/分鐘；(6)在加熱爐內(nèi)對(duì)合金鑄錠進(jìn)行優(yōu)選均勻化處理，均勻化溫度為450°C 490 0C ；(7)將均勻化后的鑄錠扒皮后，進(jìn)行熱擠壓及熱軋制等任一工藝加工成形，成形 過程中坯料應(yīng)保持在350°C 470°C的溫度；(8)成形后毛坯需經(jīng)固溶、淬火及人工時(shí)效熱處理達(dá)到產(chǎn)品交付狀態(tài)。步驟(1) (5)中優(yōu)選以氬氣作為保護(hù)氣體。步驟(3)優(yōu)選采用真空精煉。步驟(3)優(yōu)選采用3 10%氯氣+氬氣混合氣體精煉。步驟(3)優(yōu)選采用C2Cl6精煉劑精煉。步驟(8)中的熱處理固溶溫度優(yōu)選465°C 560°C。步驟(8)中固溶處理后，優(yōu)選對(duì)材料進(jìn)行冷變形，并保留1 5%的永久變形
So步驟(8)中熱處理采用的時(shí)效熱處理優(yōu)選工藝為在120°C 205°C加熱1 72 小時(shí)。


圖1為本發(fā)明提出的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的熔煉鑄造流程圖2為本發(fā)明合金板材顯微組織
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步地詳述表一給出了本發(fā)明所提出的新型高強(qiáng)韌鋁鋰合金化學(xué)成分及重量百分比實(shí)施 例。表1 新型超高強(qiáng)韌鋁鋰合金化學(xué)成分及重量百分比
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)韌鋁鋰合金，其特征在于合金的化學(xué)成分及重量百分比為Cu 3.2 4.2%, Li 0.7 1.8%，Si<0.10%, Fe<0.10%, Ti<0.12%,其它雜質(zhì)單個(gè)《0.05 %， 總量《0.15%，余量為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌鋁鋰合金，其特征在于在該合金的化學(xué)成分中加 入Mn、Zn、Mg、Ag和Zr中的1 5種，加入的重量百分比為Mn 0.20 0.60%， Zn 0.20 ~ 0.60%, Zr 0.06 ~ 0.20%, Mg 0.20 0.80%, Ag 0.2 0.7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌鋁鋰合金，其特征在于該合金適用于制造航空航 天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、體育用品、兵器等領(lǐng)域用IOmm 80mm規(guī)格板材。
4.用于制備上述權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于該方法的 步驟是(1)按合金的化學(xué)成分及重量百分比要求配料；(2)在熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔化，熔化溫度為680°C 780V；(3)對(duì)完全熔化的金屬液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)金屬溫度維持在690°C 750°C的范圍內(nèi)；(4)精煉后應(yīng)進(jìn)行充分靜置，靜置時(shí)間不低于30分鐘；(5)充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度維持在700°C 720°C的范圍內(nèi)，澆鑄速度為 15 200mm/分鐘；(6)在加熱爐內(nèi)對(duì)合金鑄錠進(jìn)行優(yōu)選均勻化處理，均勻化溫度為450°C 490°C；(7)將均勻化后的鑄錠扒皮后，進(jìn)行熱擠壓及熱軋制等任一工藝加工成形，成形過程 中坯料應(yīng)保持在350°C 470°C的溫度；(8)成形后毛坯需經(jīng)固溶、淬火及人工時(shí)效熱處理達(dá)到產(chǎn)品交付狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(1) (5) 中均采用氬氣保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用真 空精煉。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用 3 10%氯氣+氬氣混合氣體精煉。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用 C2Cl6精煉劑精煉。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中的熱 處理固溶溫度為465°C 560°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中固 溶處理后，對(duì)材料進(jìn)行冷變形，并保留1 5%的永久變形量。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高強(qiáng)韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中熱 處理的時(shí)效熱處理工藝為在120°C 205°C加熱1 72小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明是一種高強(qiáng)韌鋁鋰合金及其制備方法，該合金的化學(xué)成分及重量百分比為Cu 3.2～4.2％，Li 0.7～1.8％，Mn 0.20～0.60％，Zn 0.20～0.60％，Zr 0.06～0.20％，Mg 0.20％～0.80％，Ag 0.2～0.7％，Si≤0.10％，F(xiàn)e≤0.10％，Ti≤0.12％，其它雜質(zhì)單個(gè)≤0.05％，總量≤0.15％，余量為Al。其中合金元素Mn、Zn、Mg、Ag與Zr可選擇加入其中1～5種。按合金成分配料，將原料融化，經(jīng)爐內(nèi)精煉、靜置后，澆注成所需規(guī)格的合金錠。合金錠經(jīng)優(yōu)選均勻化后可通過熱擠壓、熱軋制等任一工藝加工成形，經(jīng)優(yōu)選的工藝熱處理后可供加工零件使用。本發(fā)明一種新型高強(qiáng)韌鋁鋰合金材料的顯微組織均勻、性能穩(wěn)定，適于制造厚板及擠壓材。極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)510MPa以上，同時(shí)延伸率高于8％、KIc可達(dá)30MPam1/2以上。該材料制品可用于航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、體育用品、兵器等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)元件。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102021457SQ20101052098
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者馮朝輝, 劉銘, 盧健, 孫剛, 張顯峰, 王勝強(qiáng), 臧金鑫, 謝優(yōu)化, 陸政, 陳軍洲 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院