一种Al-Mg-Li-Yb合金三级均匀化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-mg-li-yb合金三级均匀化处理工艺。
背景技术：
：铝锂合金由于其低密度、弹性模量和比强度高的特点，在航空航天方面具有非常广泛的应用。在铝中每加入1at.％的li，可使铝合金密度约低3％，弹性模量提高6％。而根据资料显示，波音系列飞机采用铝锂合金替代传统的铝合金，结构质量可以减轻14.6％，燃料节省5.4％，飞机的制造成本下降2.1％，每架飞机每年的飞行费用将降低2.2％，具有非常明显的经济和社会效益。因此，铝锂合金在航空航天领域具有重要的意义和广阔的应用前景。al-mg-li系合金具有优良的力学性能、焊接性能、耐腐蚀性能和疲劳性能等。是非常优秀的航空航天的结构材料，在mig-29、su-35和map-204等飞行器上大量应用。由于在传统的合金铸造过程中，合金凝固时都会存在一定的偏析,包括al-mg-li合金必须通过均匀化处理消除枝晶偏析，使非平衡相溶解，降低晶内化学成分和组织的不均匀性，铸造过程中形成的非平衡共晶相会影响铝合金的力学性能,故减少非平衡共晶相有利于改善高强铝合金的力学性能。均匀化处理能促使初生相溶解，减少其体积分数，改善合金的塑性。同时消除在铸锭快速冷却时所产生的残余应力,使得室温下塑性提高，并使冷、热变形工艺性能改善，降低合金热战开裂的危险，提高热轧板材的产品质量，提高机械加工性能。同时，均匀化退火可以降低形变抗力，减少变形功消耗，提高设备生产效率。均匀化过程越彻底,时效后合金的强度越高。对于al-mg-li-yb合金，在保证不过烧的前提下，使得大量的al-mg、al-li、al-mg-li、al-yb等相溶解，减少其体积分数，消除成分的偏析，改善组织的不均匀现象。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种用于al-mg-li-yb合金均匀化处理工艺，通过均匀化处理，使得合金在不发生过烧的前提下，使得非平衡的共晶相溶解，提高合金元组织的均匀性。本发明所提供的一种al-mg-li-yb合金三级均匀化处理工艺，各组分的质量百分比分别为mg2.70％～2.80％，li1.20～1.50％，yb0.13～0.17％，不可避免杂志含量＜0.1％，余量为al，步骤为：al-mg-li-yb合金铸造完成后，先进行430℃/24h一级均匀化处理，接着进行500℃/24h二级均匀化处理，最后进行580℃/24h均匀化处理。本发明为了对al-mg-li-yb合金进行均匀化处理，首先，需要保证合金在均匀化过程中不发生过烧现象；其次，需要使得非平衡相溶解，偏析现象消除。mg、li在al在基体中的固溶度较高，而yb元素在al中的基体固溶度较低，620℃其在al中的固溶度约为0.23at.％，如表1。根据热差分析得知，该成分范围的合金的熔点约为590℃，但直接对al-mg-li-yb合金进行590℃均匀化处理后，合金会出现严重的过烧现象。所以，在保证合金不发生过烧的前提下，采取三级均匀化处理的方式，先经过一级均匀化430℃/24h，使晶界上的al-mg非平衡相回溶，然后再进行二级均匀化处理500℃/24h，使得al-li、al-mg-li等相溶解，然后再进行三级均匀化处理580℃/24h，使得铸造过程产生的al-yb等相溶解。本发明技术方案的优点在于：采用本发明的一种al-mg-li-yb合金三级均匀化工艺，使合金在不发生过烧的前提下，使得粗大的非平衡的共晶相溶解，消除组织的不均匀性，并且经均匀化处理后合金的硬度变化不大。附图说明图1为al-mg-li-yb合金经三级均匀化处理430℃/24h+500℃/24h+580℃/24h后金相组织；图2为al-mg-li-yb合金经三级均匀化处理430℃/24h+500℃/24h+580℃/24h后sem及eds照片；图3为al-mg-li-yb合金铸态的金相组织图4为al-mg-li-yb合金铸态的sem及eds照片；图5为al-mg-li-yb合金经590℃/24h均匀化处理后金相组织；图6为al-mg-li-yb合金经500℃/24h均匀化处理后金相组织；图7为al-mg-li-yb合金经430℃/24h均匀化处理后金相组织图8为al-mg-li-yb合金经430℃/24h+580℃/24h均匀化处理后金相组织；图9为al-mg-li-yb合金经430℃/24h+550℃/24h均匀化处理后金相组织；图10为al-mg-li-yb合金经430℃/24h+500℃/24h均匀化处理后金相组织；图11为al-mg-li-yb合金经430℃/24h+500℃/24h+590℃/24h均匀化处理后金相组织；表1为不同温度下yb在al中的固溶度。表2为不同均匀化工艺处理下al-mg-li-yb合金的显微硬度。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例：实施例1：合金各组分的质量百分比分别为mg2.70％～2.80％，yb0.13～0.17％，li1.3～1.4％，不可避免杂志含量＜0.1％，余量为al，熔炼得到铸锭。将铸锭先进行一级均匀化处理430℃/24h，接着进行二级均匀化处理500℃/24h，随后升温至580℃，进行第三级均匀化处理24h，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜进对其组织进行观察，如图1所示。由图1可知，合金在经过430℃/24h+500℃/24h+580℃/24h三级均匀化处理后，晶界上未出现复熔球等明显的过烧组织，说明经过该双级均匀化处理工艺后，合金未发生明显的过烧。对该三级均匀化处理后的合金进行sem观察以及能谱分析，如图2所示，由图2可知，经过该三级明显的处理后的合金基体中仅残余少量的一次al(yb，mg)相，与铸态组织相比，如图3所示，晶界上大量的非平衡相溶解，如图4的sem和eds照片所示，合金的一次相数目和体积分数减少。如表2，经过三级均匀化处理后，合金的硬度没有明显降低。对比例1：采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。根据不同温度下yb在al中的固溶度数据，如表1所示，当yb的成分为0.15wt.％时，对应的固溶温度为610℃。但根据软件模拟得知，该合金的熔点约为590℃，所以首先将均匀化处理温度选取至590℃。得到铸锭后，直接对铸锭进行590℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图5所示。由图5可知，合金直接经590℃/24h均匀化处理后，合金明显出现过烧组织，说明直接进行该工艺处理后，合金明显发生过烧。对比例2：采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。得到铸锭后，直接对铸锭进行500℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图6所示。由图6可知，合金直接经500℃/24h均匀化处理后，合金过烧特征减少，但晶界上仍然存在复熔球，说明在此温度下，合金仍然处于过烧状态。对比例3：采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。得到铸锭后，直接对铸锭进行430℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图7所示。由图7可知，合金在经过430℃/24h固溶处理后，晶界上没有明显的复熔球，但仍存在大量的非平衡相，说明在此温度下，合金未发生过烧，但存在大量一次相也没有完全溶解，需要对合金进行进一步的均匀化处理，使得剩余的一次相尽可能多的回溶到基体。对比例4：采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。由于经历单级均匀化处理后，晶界上还残留部分未回溶的一次相，因此需要对合金进行再一级的均匀化处理。得到铸锭后，对铸锭进行430℃/24h+580℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图8所示。由图8可知，合金430℃/24h+580℃/24h双级均匀化处理后，合金明显出现过烧组织，说明进行该工艺处理后，合金发生了明显过烧。对比例5：采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。得到铸锭后，直接对铸锭进行430℃/24h+550℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图9所示。由图9可知，合金430℃/24h+550℃/24h双级均匀化处理后，合金晶界上的过烧组织减少，但仍存在少量复熔球等过烧组织，说明进行该工艺处理后，合金发生了过烧。对比例6：采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。得到铸锭后，直接对铸锭进行430℃/24h+500℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图10所示。由图10可知，合金430℃/24h+500℃/24h双级均匀化处理后，合金晶界上没有出现明显的过烧组织，说明进行该工艺处理后，合金未发生明显的过烧。对比例7：对合金进行430℃/24h+500℃/24h双级均匀化处理后，仅能保证合金不过烧，但不能使得该成分下的al-yb相溶解，所以需要将al-mg-li-yb合金进行更高温度下的三级均匀化处理。采用的合金材料，加工过程，腐蚀工艺与实施例1相同。得到铸锭后，对铸锭进行430℃/24h+500℃/24h+590℃/24h均匀化处理，对合金进行keller试剂腐蚀3min，并利用金相显微镜对其进行组织观察，如图11所示。由图11可知，合金430℃/24h+500℃/24h+590℃/24h双级均匀化处理后，合金晶界上出现了明显的复熔球等过烧组织，说明进行该工艺处理后，合金发生了明显的过烧。综上所述，本发明提供的一种al-mg-li-yb合金三级均匀化处理工艺为：430℃/24h+500℃/24h+580℃/24h三级均匀化处理工艺，通过该三级均匀化工艺达到了在不出现过烧的前提下，使得合金的粗大的非平衡共晶相溶解，消除合金组织的不均匀性，并且经均匀化处理后合金的显微硬度没有明显降低。表1温度(℃)固溶度(wt.％)6100.1496000.1335900.1155800.1015500.0605000.0254300.006表2状态硬度(hv)铸态66±1.39430℃/24h66±1.48430℃/24h+500℃/24h65±1.82430℃/24h+500℃/24h+580℃64±1.46上述实施例1和对比例中的合金组分，在所述的范围内的各技术手段对应的效果依次基本一样，即上述实施例1和对比例中的合金组分内不受合金组成的影响。当前第1页12