一种铍铝合金板材及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合金及其加工的技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种铍铝合金板材及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铍铝合金结合了金属铍的高弹性模量以及金属铝的高韧性和易加工性，是一种独特的轻质(密度比铝低25% )、刚性(比刚度是铝、钛、钢铁、镁的4倍)、高阻尼性和高稳定性(热膨胀系数比铝低50%)的材料，被认为是“二十一世纪从实验室到工程应用的重要材料”，在国防与航空航天领域具有广阔的应用前景。
[0003]铍铝合金的生产工艺主要有三种:粉末冶金、铸造和锻(挤)压成形。不同制备工艺制得的合金组织具有显著差异，导致合金的性能有所不同。铸态合金的拉伸强度是最低的，锻压态铍铝合金比铸造合金具有更好的力学性能，拉伸强度和延伸率均有大幅度提高。粉末冶金法制备的铍铝合金的强度也有明显改善，而且经冷等静压/挤压的铍铝合金的力学性能要明显优于热等静压态铍铝合金。可见，经过塑性变形加工的铍铝合金具有更加优良的力学性能。
[0004]目前，制备铍铝合金板材的方法主要有两种。第一种方法是首先采用粉末等静压法制备坯料，之后采用挤压方法成形，最后轧制成板材。粉末冶金法的主要流程包括:在1350至约1450 °C的温度范围内，在有陶瓷内衬的耐火坩祸中对铝和铍的起始材料进行真空熔炼，令液化的铝-铍熔体经由耐火喷嘴倾出成一液流，然后被高速喷射的惰性气流所截交，惰性气流使液流断裂成细微的液滴，液滴然后固化形成预制的合金粉末，构成的预制合金粉末具有非常细微的树枝状显微结构且粒径约为3?5 μπι，颗粒尺寸对最终产品的强度有重要影响。预合金粉经冷等静压压至理论密度的约80 %，再经热等静压成形，最后经挤压进一步提高密度，挤压温度通常为370?510°C。挤压成的棒材经切割后轧制成板材，制板时挤压棒应包复在钢套或铜套中。该方法制备的铍铝合金板材具有各向同性特性，但是生产成本非常昂贵。
[0005]第二种方法是传统的铸锭浇注操作和轧制成形。将熔融的铍铝合金倒进石墨型腔中，待冷却后获得固态铸锭，去除铸锭的表层氧化皮后进行轧制即获得铍铝合金板材。由于常规铸造铍铝合金基体中有非常粗大的柱状树枝晶铍相，其各向异性度非常严重且塑性变形能力很差，板材轧制过程较为困难。
[0006]除了以上两种方法外，上世纪90年代，勃拉希-威尔曼公司还开发了另一种用于铍铝合金的近净成形技术一半固态成形技术。该技术的创新之处在于使用雾化法或机械粉碎法将铍粉与固态颗粒或液相线铝相混合，不将铍熔化，不进行熔融态铝铍合金的搅拌，也无需引入剪切力。其中，半固态铍铝合金浆料的制备流程如下:首先采用雾化法或机械粉碎法制备铍粉和铝粉；之后将铝和铍粉末按组分混合；在约高于铝的固相线的温度下熔化铝组分，产生固态铍分散于液态铝中的半固态浆料；最后原位浇注该半固态浆料，制备得到的半固态铍铝合金坯料。铍铝合金坯料可通过闭模锻造、半固态锻造以及半固态模压进一步成形，或者进行轧制获得铍铝合金板材。虽然这种方法最为经济，但是在实际操作中铍与铝难以混合均匀，不易进行规模化生产，因此该方法产业化前景不容乐观。
[0007]为此，需要提供一种经济性与实用性兼顾的铍铝合金板材及其制备方法。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种经济性与实用性兼顾的铍铝合金板材及其制备方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种铍铝合金板材的制备方法，所述制备方法包括依次进行的铍铝合金铸锭制备、铍铝合金铸锭热压预成型和铍铝合金锭坯热轧成型并得到所述铍铝合金板材，其中，在所述铍铝合金铸锭制备步骤中采用近液相线电磁铸造制备铍铝合金铸锭。
[0010]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，所述近液相线电磁铸造包括以下步骤:
[0011](a)配料:至少准备铍的锭、块或粉末以及铝或铝合金的锭、块或粉末；
[0012](b)熔炼:将准备的原材料放入氧化铝或氧化铍坩祸中并置于电阻炉中熔炼，控制熔炼温度为1250?1350°C并熔炼5?20分钟，得到铍铝合金熔体；
[0013](c)近液相线保温:将所述铍铝合金熔体在1145?1155°C下保温10?20分钟；
[0014](d)浇铸:将保温后的铍铝合金熔体浇注至模具中，同时开启电磁场，控制输入电流为50?150A且搅拌频率为5?50Hz，得到铍铝合金铸锭。
[0015]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，所述熔炼步骤、近液相线保温步骤和浇铸步骤是在真空条件下且在非反应性气氛中进行，其中，所述非反应性气氛为氩气、氦气或氮气。
[0016]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，所述模具为具有氧化铝涂层的石墨模具，并且在浇铸前将所述模具预热至500?700°C。
[0017]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，所述电磁场为交变旋转磁场、行波磁场或交变旋转与行波复合磁场。
[0018]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，所述铍铝合金铸锭热压预成型包括以下步骤:
[0019](a)去除铍铝合金铸锭的表面氧化皮，得到铍铝合金坯料；
[0020](b)加热所述铍铝合金坯料至350?600°C ；
[0021](c)将所述铍铝合金坯料转移至锻压机进行热压，控制变形率为30?60%，得到铍销合金锭还。
[0022]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，所述铍铝合金锭坯热轧成型包括以下步骤:
[0023](a)加热所述铍铝合金铸锭热压预成型制备得到的铍铝合金锭坯至350?600°C;
[0024](b)将所述铍铝合金锭坯转移至轧机进行热轧，控制单道次变形率为10?15% ;
[0025](c)按照步骤(a)和(b)进行多道次轧制，直至获得所需厚度的铍铝合金板材。
[0026]根据本发明的铍铝合金板材的制备方法的一个实施例，控制连续两道次的轧制方向为相反的。
[0027]本发明的另一方面提供了一种铍铝合金板材，采用上述铍铝合金板材的制备方法制备得到，其中，所述铍铝合金板材的厚度为I?5mm且铍含量为62?68wt%。
[0028]根据本发明的铍铝合金板材的一个实施例，所述铍铝合金的室温抗拉强度彡260MPa且延伸率彡3%。
[0029]本发明铍铝合金板材的制备方法是将近液相线电磁铸造、固态热压预成形和精密轧制相结合的复合加工方法，其在铍铝合金铸锭制备步骤中采用近液相线电磁铸造，有利于形成细小、均匀的非枝晶组织，而且有利于细化铍铝合金的合金铸态组织，并且利用热压预成形加工进一步碎化铸锭的合金枝晶组织并提高合金塑性变形能力，最后采用精密轧制方法制备得到所需厚度的板材，所生产的铍铝合金板材的力学性能和成分均符合要求。
【附图说明】
[0030]图1示出了示例2中制备得到的铍铝合金铸锭的微观组织照片。
[0031]图2示出了示例2中热压开坯后铍铝合金锭坯的微观组织照片。
[0032]图3示出了示例2中制备得到的铍铝合金板材的微观组织照片。
【具体实施方式】
[0033]在下文中，将详细说明本发明的铍铝合金板材及其制备方法。
[0034]由于电磁铸造能显著改善铸锭的表面质量、抑制溶质元素偏析、细化显微组织并提升产品的机械性能，所以被广泛地应用于钢和其他合金的铸造。近年发展起来的近液相线铸造法也为获得细小均匀的等轴晶组织提供了更加简单、有效和经济的方法，由于合金熔体温度低且几乎无过热，因此浇注时熔体中会形成大量均匀分布的晶核，有利于细小、均匀、等轴的非枝晶组织形成。
[0035]本发明创新地将电磁铸造应用于铍铝合金的制备并选用合适的制备参数，采用近液相线保温并在合金的凝固过程中施加电磁场，从而形成细小、均匀的非枝晶组织并细化铍铝合金的合金铸态组织，为后续的加工提供成本更低且质量更优的铸锭。并且，本发明还利用热压预成形加工进一步碎化铸锭的合金枝晶组织并提高合金塑性变形能力，最后采用精密轧制方法制备得到所需厚度的板材。
[0036]根据本发明的示例性实施例，所述铍铝合金板材的制备方法包括依次进行的铍铝合金铸锭制备、铍