一种超高强铝锂合金及其制备方法
【专利摘要】一种超高强铝锂合金及其制备方法，本发明的质量百分数为：Cu?3.5～4.5%、Li?1.0～1.6%、Mg?0.30%～0.70%、Ag?0.2～0.70%、Zn?0.30～0.80%、Mn?0.20～0.50%、Zr?0.06～0.16%，杂质Si＜0.10%、Fe＜0.10%，其它杂质单个＜0.05%，总量＜0.15%，余量为Al。本发明用Mg、Ag、Zn微量元素共同复合微合金化强化，按合金成分配料，将原料熔化，经炉内精炼、静置后，浇铸成所需规格的合金铸锭。本发明制造的板材，抗拉强度可达580MPa以上，同时延伸率高于7%，可用于航空航天、核工业、交通运输、兵器等领域的结构元件。
【专利说明】一种超高强铝锂合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超高强铝锂合金及其制备方法，属于金属材料工程领域。
【背景技术】
[0002]新型铝锂合金是航空航天最理想的结构材料。随着应用需求的发展及冶金技术的提高，铝锂合金已经经历了三个阶段的发展，相应的铝锂合金产品也划分为三代。目前国际上正在开发第四代铝锂合金。铝锂合金发展的基本原则为:针对航空航天不同背景的应用需求，分别设计不同性能的铝锂合金；如针对航天工业，铝锂合金的设计要求为低密度、高强度、高弹性模量及良好的焊接性。通过结构减重，降低火箭发射成本、提高推重比是航天工业永远追求的目标。随着航天工业的发展，对减重的需求越来越大，要求铝锂合金在适当降低密度的同时，进一步提高其强度。
[0003]欧美及中国均开展了高性能高强铝锂合金研究，一些已经工业化生产并开始应用。其中高强铝锂合金的典型代表有美国2195铝锂合金(Al-4.0Cu-l.0L1-0.4Mg-0.4Ag-0.12Zr，已应用于航天飞机外挂燃料贮箱)、前苏联1460铝锂合金(Al-3.0Cu-2.2L1-0.12Zr_0.15Sc，已应用于运载火箭低温燃料贮箱)及中国的2A97(A1_3.85Cu-l.45L1-0.45Mg-0.5Ζη_0.3Μη_0.15Zr)铝锂合金。
[0004]Al-Cu-Li系铝锂合金的强度一方面与主合金成分主合金元素Cu、Li总量及比例有关，Cu、Li总量及比例决定了时效析出相类型(Tl、
θ、δ等等)及体积分数；另一方面还与微量元素有关，通过微量元素的微合金化作用，改善析出强化相Tl θ相的分布状态，可进一步提高强度。
[0005]传统铝锂合金中由于δ相引起的共面滑移，导致铝锂合金的各向异性。添加微量Zr可以细化晶粒、一定程度抑制共面滑移，但并不能根本改善其各向异性。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述技术状况提供了一种超高强铝锂合金及其制备方法。
[0007]本发明通过以下技术方案来实现:
本发明提出了一种超高强铝锂合金，其特征在于:化学成分(质量百分数)为:Cu 3.5~4.5%、Li 1.(Tl.6%、Mg 0.30%~0.70%、Ag 0.20^0.70%、Zn 0.30^0.80%、Mn
0.20~0.50%、Zr 0.06~0.16%,杂质 Si〈0.10%、Fe〈0.10%,其它杂质单个〈0.05%,总量〈0.15%，余量为 Al。
[0008]该铝锂合金中同时添加微量元素MgAg、Zn、Mn、Zr，微量元素的质量百分数分别为:Mg 0.30%~70%、Ag 0.20~0.70%、Zn 0.30-θ.80%、Mn 0.20-0.50%、Zr 0.06、.16%。
[0009]本发明采用Mg+Ag+Zn为合金化元素的共同复合微合金化强化。Mg+Ag及Mg +Zn都具有微合金化强化效果，但强化效果不如Mg+Ag+Zn的共同复合微合金化强化效果。微量元素Ag的添加还能改善铝锂合金的焊接性。[0010]本发明还采用Mn+Zr联合添加，降低铝锂合金的各向异性。添加少量Mn可形成弥散相粒子，分散共面滑移，使滑移更加均匀，在降低各向异性中起重要作用。同时形成的含Mn、Zr弥散相粒子还能阻碍再结晶、细化晶粒和提高铝锂合金强度。[0011]本发明技术方案还提出一种上述超高强铝锂合金的制备方法，该方法的步骤是:
(1)按合金的化学成分(质量百分数)要求配料；
(2)熔化配制好的金属料，并及时添加溶剂保护熔体，熔化温度为680°C~780°C；
(3)添加精炼剂对熔体进行精炼，精炼温度为690°C~740°C；
(4)精炼后进行充分静置，而后浇铸成型；
(5)在加热炉内进行铸锭均匀化处理，均匀化制度为双级均匀化，第一级温度为45(T480°C，保温时间8~12h ;第二级温度为50(T530°C，保温时间24~36h ；
(6)均匀化的铸锭扒皮后进行轧制加工，热轧开坯温度45(T490°C，热轧过程中坯料温度保持350°C以上；若制备薄板，需40(T460°C退火2小时后再进行冷轧；
(7)轧制成型毛坯需经固溶、淬火、预变形及人工时效得到超高强的铝锂合金。
[0012]步骤(2)~(4)采用氩气保护。
[0013]步骤(2)~(4)采用LiF+LiCl熔剂保护。
[0014]步骤(3)采用六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂精炼。
[0015]步骤(3)可采用真空精炼。
[0016]步骤(7)的固溶温度为49(T530°C。
[0017]步骤(7)的固溶处理后，对合金进行预变形，变形量为2~5%。
[0018]步骤(7)中的人工时效制度为:温度15(Tl80°C，保温时间8~40小时。
[0019]本发明一方面控制Cu、Li元素总量及比例，保证了合金基本强度；同时采用添加复合微合金化元素的方法，进一步提高了铝锂合金的强度。Al-Cu-Li系铝锂合金具有焊接热裂纹敏感性，添加微合金化元素还具有降低焊接裂纹敏感性作用，改善铝锂合金的焊接性能。本发明得到的铝锂合金强度可达580 MPa以上，同时延伸率高于7%。可替代2219铝合金，应用于运载火箭燃料贮箱及航天结构中的壁板件，实现结构减重10-20%。该超高强合金适用于制造航天航空、交通运输、兵器等领域用2 mnTl2 mm规格板材。
【具体实施方式】
[0020]以下为本发明技术的具体实施例。
[0021]表1是本发明所提出的超高强铝锂合金化学成分(质量百分数)实施例。
[0022]表1超高强铝锂合金化学成分(质量百分数)
【权利要求】
1.一种超高强铝锂合金，其特征在于合金的质量百分数为:Cu 3.5-4.5%, Li1.0-1.6%、Mg 0.30%~0.70%、Ag 0.20~0.70%、Zn 0.30-θ.80%、Mn 0.20-θ.50%、Zr0.06~0.16%,杂质 Si〈0.10%、Fe〈0.10%,其它杂质单个〈0.05%,总量〈0.15%,余量为 Al。
2.一种制备如权利要求1所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)按合金的质量百分数要求配料； (2)熔化配制好的金属料，并添加溶剂保护熔体，熔化温度为680°C^780°C ； (3)添加精炼剂对熔体进行精炼，精炼温度为690°C~740°C； (4)精炼后进行充分静置，而后浇铸成型； (5)在加热炉内进行铸锭均匀化处理，均匀化制度为双级均匀化，第一级温度为450-480 0C ，保温时间8~12h ;第二级温度为50(T530°C，保温时间24~36h ； (6)均匀化的铸锭扒皮后进行轧制加工，热轧开坯温度45(T490°C，热轧过程中坯料温度保持350°C以上；如果制备薄板，在40(T46(TC退火2小时后再进行冷轧； (7)轧制成型毛坯经固溶、淬火、预变形及人工时效得到超高强的铝锂合金。
3.如权利要求2所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于:步骤(2广(4)采用氩气保护。
4.如权利要求2所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于:步骤(2)所述的熔剂为LiF+LiCl熔剂。
5.如权利要求2所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于:步骤(3)所述的精炼剂是六氯乙烧。
6.根据权利要求2所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于:步骤(3)精炼时为真空。
7.根据权利要求2所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于:步骤(7)采用的固溶温度为49(T530°C。
8.根据权利要求2所述的超高强铝锂合金的制备方法，其特征在于:步骤(7)所述的固溶处理后，对合金进行预变形，变形量为2~5%。
9.根据权利要求(2)所述的超高强铝锂合金的方法，其特征在于:步骤(7)采用的人工时效制度为--温度15(Tl80°C，保温时间8~40小时。
【文档编号】C22C1/02GK103509984SQ201310448824
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】李劲风, 郑子樵, 刘平礼, 罗先甫, 陈永来, 张旭虎 申请人:中南大学, 航天材料及工艺研究所