一种Al-Cu-Li系合金热轧板坯的形变热处理方法

一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法
技术领域
1.本发明涉及金属材料热处理领域，特别涉及一种al-cu-li系合金的热轧板坯形变热处理方法。


背景技术：

2.al-cu-li系合金具有低密度、高比强度、高比模量等优点，被认为是航空航天领域的优异结构材料，已在多种航空航天飞行器的关键结构部位替代传统铝合金。形变热处理是al-cu-li系合金获得优异性能的关键工艺之一。铝合金常见的变形加工方法有：轧制、挤压、锻造、旋压、超塑成型等。而对于al-cu-li系合金的变形加工工艺而言，也包括轧制、挤压、锻造等方法。对于轧制方法，有一下两类方法：第一类方法为：热轧-冷轧-固溶-时效或热轧-冷轧-固溶-3％-5％预变形-时效；第二类方法的代表为专利cn 110331351 a所记载的方案：其具体操作为将铝锂合金铸锭进行四级均匀化热处理，加工成坯料，然后进行热轧获得板材，板材进行固溶、淬火处理后，进行预拉伸变形，最后经人工时效处理至t8状态；所述四级均匀化处理过程为：首先加热至95～121℃保温6～24h后，升温至320～400℃并保温3～16h，再升温至420～450℃并保温4～12h，最后升温至480～510℃并保温8～24h。上述方法针对al-cu-li系合金均有一定的强化作用。
3.现有技术难以在获得超高强度的同时具有良好的塑性的al-cu-li系合金。因此有必要开发一种al-cu-li系合金的新型形变热处理方法，以提升al-cu-li系合金的应用价值和拓宽其应用领域。


技术实现要素：

4.为了进一步提升al-cu-li系合金轧制产品的性能和减少制备流程，发明首次尝试了针对热轧板利用简单的固溶技术，之后配合大变形量的冷轧预变形和时效工艺这一技术；并取得了一些效果。
5.本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法；该方法能促进合金应变能的充分释放，在显著地提高al-cu-li系合金轧制产品强度的同时保持较好的塑性。
6.包括如下步骤：
7.步骤一
8.将热轧al-cu-li系合金板材不经冷轧直接进行固溶处理；固溶处理后进行淬火；固溶时，控制固溶温度为515～525℃，固溶时间为1～3h；
9.步骤二
10.对步骤一淬火后的合金迅速进行10～50％的冷轧预变形；
11.步骤三
12.将步骤二冷轧预变形后的合金进行时效处理，时效温度：145～165℃，时效时间：4～96h，得到成品。
13.本发明中，一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法；步骤一中，淬火介质
为常温态的水，淬火转移时间为1～5s。
14.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，所述al-cu-li系合金以质量百分比计，由下述组分组成：
15.cu：3.4～3.8％，li:0.8～2.3％，zn：0.17～1.0％，mg：0.25～0.5％，mn：0.2～0.6％，zr：0.08～0.2％，余量为al。
16.在工业上应用时，可以首先采用5-7℃/min的升温速率升温至450～470℃，保温30min；然后以2～4℃/min的升温速率升温至490～500℃，保温20min；最后以1～2℃/min的升温速率升温至515～525℃，保温60～180min；保温完成后对合金进行淬火冷却至室温，淬火介质为常温态的水，淬火转移时间为1～5s。
17.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，步骤一中，热轧al-cu-li系合金板材的厚度为5～30mm、优选为10～20mm。
18.在工业上应用可以将步骤二冷轧预变形后的合金放入带电热鼓风的设备中进行时效处理。
19.本发明中，一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法；通过上述处理，所得成品的抗拉强度为595～650mpa、屈服强度为570-616mpa、伸长率为6.4-7.7％。
20.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，对步骤一淬火后的合金进行25～35％或8-12％的冷轧预变形。
21.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，时效时间为6～96h。在本发明中，可以通过极短的时效时间(如6-10h)，配合前期的大变形量冷轧可以迅速提升产品的力学性能。
22.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，时效温度为160～165℃。
23.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，步骤三中，时效处理后，在工业上应用时，可以采用水冷。
24.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，对步骤一淬火后的合金进行25～35％的冷轧预变形，该变形条件下，配合160-165℃的6-10h的时效，可以得到伸长率为6.4％～7.2％且屈服强度为585-616mpa、抗拉强度为598-642mpa的产物。
25.作为进一步的优选，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，对步骤一淬火后的合金进行25～35％的冷轧预变形，该变形条件下，配合160-165℃的6h的时效，可以得到伸长率为7.1％～7.2％且屈服强度为615-616mpa、抗拉强度为640-642mpa的产物。本发明中，这一方案的耗时最短，且产品的综合性能远远优于其他方案。
26.作为优选方案，本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，对步骤一淬火后的合金进行9～11％的冷轧预变形，该变形条件下，配合145-146℃的82-86h的时效，可以得到伸长率为7.2％～7.3％且屈服强度为600-602mpa、抗拉强度为620-625mpa的产物。本发明中，这一方案所得产品的强度较高，同时伸长率优于其他方案。在工业上应用时，可以根据服役环境，选择合适的方案进行处理。
27.本发明的优点在于：
28.本发明一种al-cu-li系合金热轧板坯的形变热处理方法，对于热轧合金板材不进
行冷轧直接进行固溶处理，强预变形后时效，该方法能为析出相形核提供有利位点、促进合金应变能的充分释放，显著地提高al-cu-li系合金强度同时保持较好的塑性。突破了传统热轧-冷轧-固溶-时效形变热处理al-cu-li系合金强度天花板。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式，对本发明一种al-cu-li系合金的新型形变热处理方法作进一步的说明。
30.对比例1～6与实施例1～6均采用2a97铝锂合金，其中对比例3～4、实施例1～4所采用的合金成分完全相同，与对比例1～2有少量差别。对比例1～2所述合金组分以质量百分比计：cu：3.85％，li:1.39％，zn：0.48％，mg：0.4％，zr：0.15％，余量为al。对比例1～2铸锭经520℃/24h均匀化热处理后，热轧至4.5mm后冷轧至2mm。
31.对比例3～6、实施例1～6为商用20mm厚热轧板材。所述合金组分以质量百分比计：cu：3.44％，li:1.39％，zn：0.48％，mg：0.40％，mn：0.28％，zr：0.15％，fe：0.15％；si：0.034％，余量为al。
32.本发明具体实施方式中，实施例1-6按下述步骤进行，
33.步骤一
34.将热轧al-cu-li系合金板材不经冷轧直接进行固溶处理；固溶处理后进行淬火；固溶时，控制固溶温度为515～525℃，固溶时间为1～3h；
35.所述步骤一中合金固溶淬火处理参数如下：
36.首先采用6℃/min的升温速率升温至460℃，保温30min；然后以2～4℃/min的升温速率升温至495℃，保温20min；最后以1～2℃/min的升温速率升温至520℃，保温120min；保温完成后对合金进行淬火冷却至室温，淬火介质为常温态的水，淬火转移时间为3s。
37.步骤二
38.对步骤一淬火后的合金迅速进行10～50％的冷轧预变形；
39.步骤三
40.将步骤二冷轧预变形后的合金进行时效处理，时效温度：145～165℃，时效时间：4～96h，得到成品。具体的条件如下所述。
41.对比例1-4按照固溶+水淬+时效的路线进行，其条件和上述步骤一的条件一致；不同之处在：
42.对比例1：试样520℃/2h(盐浴炉)固溶水淬后在165℃保温60h。
43.对比例2：试样520℃/2h(盐浴炉)固溶水淬后在175℃保温48h。
44.对比例3：试样520℃/2h固溶水淬后在165℃保温60h。
45.对比例4：试样520℃/2h固溶水淬后在175℃保温48h。
46.对比例5-6和实施例的技术路线进行，其条件和上述实施例的条件一致；不同之处在：
47.对比例5：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形2％后在165℃保温6h。
48.对比例6：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形60％后在165℃保温6h。
49.各实施例中其他条件一致，不同的条件如下：
50.实施例1：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形5％后在145℃保温96h。
51.实施例2：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形10％后在145℃保温84h。
52.实施例3：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形10％后在165℃保温12h。
53.实施例4：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形30％后在165℃保温6h。
54.实施例5：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形30％后在165℃保温8h。
55.实施例6：试样520℃/2h固溶水淬后，冷轧预变形30％后在165℃保温10h。
56.表1为合金经过不同形变热处理工艺后拉伸性能。
[0057][0058]
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化，这里无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的变化仍处于本发明的保护范围之内。