一种Al-Li-Yb合金时效处理工艺的制作方法

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种al-li-yb合金时效处理工艺。

背景技术：

铝锂合金在航天航空领域广泛，其主要特点包括密度低，弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳和焊接性能好等。这些优异的性能主要来源于合金元素li的添加。每添加1％li入铝合金中可以降低3％的密度，提高6％的弹性模量，同时通过固溶强化和弥散强化提高合金硬度。采用al-li合金替代常规高强度的铝合金可使结构质量减轻10％～20％，例如在空客a380中，al-li2050，2189和2199板材代替了传统的aa2024，aa2324和aa7150合金应用于机翼纵梁和机身蒙皮等位置。在c-17运输直升机中，al-li2050和8090板材取代了aa7075合金作为机身蒙皮，舱体的结构材料。

第二代al-li合金主要采用亚稳l12结构的al3li作为强化相，从而产生明显的时效强化效果。当li含量提高到2.1liwt％时，合金可在150-200℃时效，时效峰值的硬度可以超过100hv。但是随着li含量的增加，会给铝锂合金的生产和应用带来一系列困难。首先，li作为一种化学性质十分活泼的元素，当li在合金中含量增加时，li元素烧损变大且氧化物夹杂随之增多，导致合金的生产难度大大增加。同时，li含量较高对应的时效温度较高，晶界处易形成大尺寸alli平衡相，这将导致晶界附近产生明显的无沉淀带(pfz)，影响合金的塑性韧性。当降低li含量至1.5wt％以下时，由于al3li相是亚稳结构，驱动力较低，析出相难以弥散析出，无法产生明显的强化效果。

为了解决低al3li相难以析出的问题，近年来在铝锂二元合金的基础上中添加sc在300-450℃能与基体形成具有稳定l12结构的al3sc析出相。当合金再进行200℃的第二级时效时，可以诱导al3li析出，从而形成al3sc为核心，al3li为壳层的核壳结构。但是sc价格昂贵，难以实现工业化，和sc相同具有稳定的l12结构的元素还有er和yb，其中yb元素的析出温度比sc低的多，和li元素的析出温度匹配的最好。本专利针对这种li含量低至1.2-1.5wt％的al-li-yb合金，设计其时效热处理工艺。

技术实现要素：

本发明提供一种低li含量的al-li-yb合金时效处理工艺，该工艺可使合金硬度达到70hv以上。

本发明提供的一种al-li-yb合金时效处理工艺，合金的各组分按质量百分比分别为li1.2％～1.5％，yb0.15％～0.19％，不可避免杂质<0.1％，余量为al。合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后，在室温至160℃范围内进行5分钟到12天时效处理。

合金优选80℃-100℃/7-12天时效处理，合金硬度达到70hv以上，相比固溶态硬度提升1倍以上。

本发明技术方案的优点在于：

使用本发明提供的一种al-li-yb合金时效处理工艺，在80℃-100℃/7-12天时效处理可使合金硬度达到70hv以上，相比固溶态硬度提升1倍以上。

附图说明

图1al-1.35li-0.17yb合金在25℃自然时效硬度曲线

图2al-1.35li-0.17yb合金在80℃时效硬度曲线

图3al-1.35li-0.17yb合金在100℃时效硬度曲线

图4al-1.35li-0.17yb合金在120℃时效硬度曲线

图5al-1.35li-0.17yb合金在160℃时效硬度曲线

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

合金的各组分按质量百分比分别为li1.35％，yb0.17％，不可避免杂质<0.1％，余量为al。步骤为：合金铸造完成，之后进行580℃/24h+620℃/24h双级固溶处理后，在80℃时效，硬度曲线如图2所示，时效7-12天后合金硬度达70hv以上，硬度最高约为75hv。

实施例2

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在100℃时效，硬度曲线如图3所示，时效6-12天后合金硬度达70hv以上，硬度最高约为75hv。

对比例1

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在室温(25℃)时效，硬度曲线如图1所示，在12天内硬度最大值仅为43hv。

对比例2

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在120℃时效，硬度曲线如图4所示，硬度值在3天达到最大值68hv，之后随着时效时间的延长硬度值随之下降。

对比例3

合金的各组分与实施例1相同，合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后在160℃时效，硬度曲线如图5所示，硬度值在2天达到最大值45hv，之后随着时效时间的延长硬度值随之缓慢下降。

技术特征：

技术总结
一种Al‑Li‑Yb合金时效处理工艺，属于有色金属技术领域。通过微合金元素Yb元素添加诱导Al3Li强化相的析出，使合金可以通过时效处理产生明显的强化效果。合金的各组分按质量百分比分别为Li 1.2％～1.5％，Yb 0.15％～0.19％，不可避免杂质<0.1％，余量为Al。步骤为：合金铸造完成，均匀化并完成固溶处理后，80℃‑100℃/7‑12天时效，使得合金硬度达到70HV以上，相比固溶态硬度提高1倍以上。

技术研发人员：聂祚仁;丁宇升;高坤元;田东辉;黄晖;文胜平;吴晓蓝
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2019.03.14
技术公布日：2019.06.14