專利名稱：一種中強(qiáng)高韌鋁鋰合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種中強(qiáng)高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。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
招合金ο隨著航空工業(yè)，特別是民用大型飛機(jī)制造業(yè)的競爭加劇，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)的鋁鋰合金可同時滿足以上兩項(xiàng)要 求，本發(fā)明可用來替代2124-T851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。其代表合金有 2297 合金(Al-2. 8Cu-l. 5Li_0. 30Mn_0. 12Zr) ,2397 合金(Al-2. 8Cu_l. 4Li-0. 30Mn-0. 12Zr-0. IOZn)、2099/2199 合金(Al-2. 7Cu_l. 8Li_0. 7Zn_0. 30Mg_0. 30Mn_0 .12Zr)及 2196 合金(Al-2. 65Cu_l. 6Li_0. 55Mg-0. 4Ag-0. 12Zr)。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，研究表明，較好的工藝控制下不同的 精煉技術(shù)是等效的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計提供了 一種中強(qiáng)高韌鋁鋰合金及其制 備方法，其目的是？。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)方案提出了一種中強(qiáng)高韌鋁鋰合金，其特征在于合金的化學(xué)成分及 重量百分比為Cu 2.2 3.2%，Li 1. 1 2.0%，Si 彡 0. 10%,Fe^O. 10%,Ti ^0. 12%, 其它雜質(zhì)單個< 0. 05%，總量< 0. 15%，余量為Al。在該合金的化學(xué)成分中還加入Mn、Zn、Mg、Ag與&中的1 5種，加入的重量百 分比為Mn 0. 10 0. 70%,Zn 0. 05 1. 0%,Zr 0. 05 0. 16%,Mg 彡 0. 10% 0. 80%, AgO. 2 0. 6%。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)可以粗略估計合金的固溶程度，當(dāng)Li+Cu總量超過5%時，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以下時，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)量約為2. 4，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)，Zr的加入會抑制 δ ‘相的共面滑移，同時對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。本 發(fā)明采取聯(lián)合加入的方式，從而大幅度降低鋁一鋰一銅合金的各向異性。Mg、Zn、Ag等微量元素對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 180mm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)對完全熔化的金屬液進(jìn)行精煉，精煉時金屬溫度維持在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)對合金鑄錠進(jìn)行優(yōu)選均勻化處理，均勻化溫度為450°C 520°C ；(7)將均勻化后的鑄錠扒皮后，進(jìn)行熱擠壓及熱軋制任一工藝加工成形，成形過程 中坯料應(yīng)保持在350°C 480°C的溫度；(8)成形后毛坯需經(jīng)固溶、淬火及人工時效熱處理達(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470°C 585°C。步驟(8)中固溶處理后，優(yōu)選對材料進(jìn)行冷變形，并保留1 5%的永久變形量。步驟(8)中熱處理采用的時效熱處理優(yōu)選工藝為在110°C 210°C加熱1 64 小時。


圖1為本發(fā)明提出的新型中強(qiáng)高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)明所提出的新型中強(qiáng)高韌鋁鋰合金化學(xué)成分及重量百分比實(shí)施 例。表1 新型超中強(qiáng)高韌鋁鋰合金化學(xué)成分及重量百分比
權(quán)利要求
一種中強(qiáng)高韌鋁鋰合金，其特征在于合金的化學(xué)成分及重量百分比為Cu 2.2～3.2％，Li 1.1～2.0％，Si≤0.10％，F(xiàn)e≤0.10％，Ti≤0.12％，其它雜質(zhì)單個≤0.05％，總量≤0.15％，余量為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)高韌鋁鋰合金，其特征在于在該合金的化學(xué)成分中加 入Mn、Zn、Mg、Ag與&中的1 5種，加入的重量百分比為Mn 0. 10 0. 70%,Zn 0. 05 1. 0%, Zr 0. 05 0. 16%, Mg 彡 0. 10% 0. 80%, AgO. 2 0. 6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)高韌鋁鋰合金，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 180mm規(guī)格板材。
4.用于制備上述權(quán)利要求1所述的中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，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)對完全熔化的金屬液進(jìn)行精煉，精煉時金屬溫度維持在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)對合金鑄錠進(jìn)行優(yōu)選均勻化處理，均勻化溫度為450°C 520°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 480°C的溫度；(8)成形后毛坯需經(jīng)固溶、淬火及人工時效熱處理達(dá)到產(chǎn)品交付狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，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所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用 真空精煉。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，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所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，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所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中熱 處理固溶溫度為470°C 585°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中固 溶處理后，對材料進(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所述的制備中強(qiáng)高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中熱 處理的時效熱處理工藝為在110°C 210°C加熱1 64小時。
全文摘要
本發(fā)明是一種中強(qiáng)高韌鋁鋰合金及其制備方法，按重量百分比計，其合金成分為Cu 2.2～3.2％，Li 1.1～2.0％，Mn 0.10～0.70％，Zn 0.05～1.0％，Zr 0.05～0.16％，Mg0.10％～0.80％，Ag0.2～0.6％，Si≤0.10％，F(xiàn)e≤0.10％，Ti≤0.12％，其它雜質(zhì)單個≤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、熱軋制及熱擠壓等任一工藝加工成形，經(jīng)優(yōu)選工藝的熱處理后可供加工零件使用。本發(fā)明一種新型中強(qiáng)高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型材。極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)440MPa以上，同時延伸率高于6％、KIc可達(dá)36MPam1/2以上。
文檔編號C22C1/02GK101967589SQ201010520989
公開日2011年2月9日 申請日期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, 盧健, 孫剛, 張顯峰, 王勝強(qiáng), 謝優(yōu)化, 陸政, 龔澎 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院