一种超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法与流程

本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法。

背景技术：

铝锂合金广泛应用与航天航空中。近年来，随着能源危机和特殊的应用背景再次促进了轻质铝合金的发展，渴望大幅度减轻飞机的重量，并保持良好的综合性能。锂元素添加既能降低铝合金密度，又能提高弹性模量，还能让合金表现出极强的时效强化效应。比起2系和7系的铝合金，铝锂合金密度可降低10％，而比刚度则可提升25％，得到企业和学术界的广泛关注。

随着人们对构件重量降低需求的增加，超细晶金属材料得到了很多科研人员和工程人员的重视。人们开发了大量的技术去制备超细晶金属材料，包括等通道挤压、高压扭转、累积叠轧、深冷轧制等。然而，采用大塑性方法制备的超细晶金属材料强度非常高，然而，韧性却相对比较低。其主要原因是材料位错密度比较高，导致材料的残余应力比较大。在不降低材料强度的同时实现材料残余应力强度降低是目前最大的困难。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，以消除超细晶铝锂合金中高的残余应力，同时不改变材料的晶粒尺寸，实现铝锂合金板材在成形后依然具有高的强度，但只有较小的回弹。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，包括：

第一步：将铝锂合金薄带卷材安装在左侧卷曲机上，薄带依次通过导辊、深冷箱、导电辊，并连接右侧卷曲机，其中导电辊置于深冷箱中；

第二步：使深冷箱的温度稳定维持在-60℃～-20℃；

第三步：启动右侧卷曲机，将铝锂合金薄带缓慢从左侧卷曲机过度到右侧卷曲机上；

第四步：启动脉冲电源，向导电辊施加脉冲电流；

第五步：提高右侧卷曲机的速度至高速，使铝锂合金薄带经过深冷脉冲电流处理后残余应力得到全部释放。

所述铝锂合金薄带为第三代或者第四代超细晶铝锂合金薄带，该铝锂合金薄带通过累积叠轧或者深冷轧制制备，平均晶粒尺寸在200nm～600nm之间。

所述铝锂合金薄带的厚度为0.1～2mm，宽度为100～1500mm。

所述导电辊至少有两个，沿铝锂合金薄带的运动方向分布，分别连接脉冲电源的正负极。

所述导电辊为两个，间距为0.5～2m，导电辊上方有使铝锂合金薄带与导电辊始终紧密接触的导辊。

所述第四步中，脉冲电源的电流大小为3000a～8000a，电压为12v-200v。

所述深冷箱中采用液态干冰降温，并启动深冷箱电源维持温度。

在深冷箱附近区域设置二氧化碳检测器，过程中实时监测环境中二氧化碳浓度。

所述第三步中，卷曲机恒定线速度为0.1～0.2m/min。

所述第五步中，卷曲机恒定线速度为0.5～5m/min。

与现有技术相比，本发明深冷电脉冲处理方法目前适合于第三代和第四代超细晶铝锂合金板带材料。利用该方法处理的铝锂合金薄板比轧制制备的铝锂合金薄板具有相近的机械力学性能、更低的残余应力，能够更好地应用于高端航天航空零部件制备。

附图说明

图1是本发明超细晶铝锂合金薄带的连续深冷脉冲电流处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

超细晶铝锂合金比常规铝锂合金的强度高出30％以上，在构件轻量化领域具有重要的应用前景。本发明利用深冷脉冲电流处理的方法去消除超细晶铝锂合金材料中的残余应力，实现材料晶粒尺寸不发生变化，但是有效降低位错密度，实现材料残余应力降低，为后续材料加工制备过程降低材料回弹具有重要应用前景。其具体原理为：深冷环境中铝锂合金的晶粒尺寸稳定，不会长大。同时，利用脉冲电流对铝锂合金进行处理，在脉冲电流的作用下，位错密度将降低，但是不改变晶粒尺寸。从而实现材料的残余应力降低，但是不降低材料的强度。

图1所示为超细晶铝锂合金薄带的连续深冷脉冲电流处理流程图，其具体步骤如下：

第一步：采用铝锂合金薄带1为原料，厚度可为0.1～2mm，宽度可为100～1500mm。优选地，可采用第三代或者第四代超细晶铝锂合金薄带卷材，该铝锂合金薄带通过累积叠轧或者深冷轧制制备，平均晶粒尺寸在200nm～600nm之间，具有良好的低温韧性。

第二步：将铝锂合金薄带1安装在左侧卷曲机2上。

第三步：将铝锂合金薄带1依次通过导辊3、深冷箱4、导电辊，并连接右侧卷曲机9，其中，导辊3采用绝缘体材料制备，严禁采用导电材料，导电辊为金属导电材料制备，至少有两个，沿铝锂合金薄带1的运动方向分布，优选为两个，为导电辊一5和导电辊二7，间距为0.5～2m，分别连接脉冲电源6的正负极。

第四步：在深冷箱4附近区域开启二氧化碳检测器，实时监测环境中二氧化碳浓度，确保工作人员安全。

第五步：将液态干冰放入深冷箱4中，使深冷箱4的温度降低到-60℃～-20℃。并启动深冷箱电源，维持深冷箱4的温度稳定。

第六步：启动右侧卷曲机9，将铝锂合金薄带1缓慢从左侧卷曲机2过度到右侧卷曲机9上，卷曲机恒定线速度为0.1～0.2m/min。

第七步：启动脉冲电源6，脉冲电源的电流大小为3000a～8000a，电压为12v-200v。脉冲电流过程导电辊一5和导电辊二7上方的导辊3使铝锂合金薄带1与导电辊始终紧密接触。

第八步：提高右侧卷曲机9的速度至高速，卷曲机恒定线速度为0.5～5m/min。使铝锂合金薄带1经过深冷脉冲电流处理后残余应力得到全部释放，得到冷脉冲电流处理的低残余应力的铝锂合金卷材8。

在本发明的一个具体实施例中，采用2195铝锂合金薄带卷材为原料，该铝锂合金薄带通过深冷轧制制备，平均晶粒尺寸在500nm，厚度为0.5mm，宽度为200mm，深冷箱4的温度为-40℃，过度时卷曲机的恒定线速度为0.15m/min。脉冲电源6的电流大小为5000a，电压为17v，导电辊一5和导电辊二7之间的距离为0.6m，提速后卷曲机恒定线速度为2m/min。通过该处理后，得到0.5mm超细晶2195铝锂合金薄板，其平均晶粒尺寸仍旧为500nm，用超声波无损检测进行测量，薄带上深冷轧制过程中产生的残余应力得到释放。

技术特征：

1.一种超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，包括：

第一步：将铝锂合金薄带卷材安装在左侧卷曲机上，薄带依次通过导辊、深冷箱、导电辊，并连接右侧卷曲机，其中导电辊置于深冷箱中；

第二步：使深冷箱的温度稳定维持在-60℃～-20℃；

第三步：启动右侧卷曲机，将铝锂合金薄带缓慢从左侧卷曲机过度到右侧卷曲机上；

第四步：启动脉冲电源，向导电辊施加脉冲电流；

第五步：提高右侧卷曲机的速度至高速，使铝锂合金薄带经过深冷脉冲电流处理后残余应力得到全部释放。

2.根据权利要求1所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述铝锂合金薄带为第三代或者第四代超细晶铝锂合金薄带，该铝锂合金薄带通过累积叠轧或者深冷轧制制备，平均晶粒尺寸在200nm～600nm之间。

3.根据权利要求1或2所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述铝锂合金薄带的厚度为0.1～2mm，宽度为100～1500mm。

4.根据权利要求1所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述导电辊至少有两个，沿铝锂合金薄带的运动方向分布，分别连接脉冲电源的正负极。

5.根据权利要求4所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述导电辊为两个，间距为0.5～2m，导电辊上方有使铝锂合金薄带与导电辊始终紧密接触的导辊。

6.根据权利要求1或4或5所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述第四步中，脉冲电源的电流大小为3000a～8000a，电压为12v-200v。

7.根据权利要求1所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述深冷箱中采用液态干冰降温，并启动深冷箱电源维持温度。

8.根据权利要求7所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，在深冷箱附近区域设置二氧化碳检测器，过程中实时监测环境中二氧化碳浓度。

9.根据权利要求1所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述第三步中，卷曲机恒定线速度为0.1～0.2m/min。

10.根据权利要求1或9所述超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，其特征在于，所述第五步中，卷曲机恒定线速度为0.5～5m/min。

技术总结
一种超细晶铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，将铝锂合金薄带卷材安装在左侧卷曲机上，薄带依次通过导辊、深冷箱、导电辊，并连接右侧卷曲机，其中导电辊置于深冷箱中；使深冷箱的温度稳定维持在‑60℃～‑20℃；启动右侧卷曲机，将铝锂合金薄带缓慢从左侧卷曲机过度到右侧卷曲机上；启动脉冲电源，向导电辊施加脉冲电流；提高右侧卷曲机的速度至高速，使铝锂合金薄带经过深冷脉冲电流处理后残余应力得到全部释放。本发明能够消除超细晶铝锂合金中高的残余应力，同时不改变材料的晶粒尺寸，实现铝锂合金板材在成形后依然具有高的强度，但只有较小的回弹。

技术研发人员：李红萍;喻海良;章骏;黄建科;聂志宁;王旭
受保护的技术使用者：中南大学;中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2020.05.08
技术公布日：2020.08.25