專利名稱：一種中強高韌鋁鋰合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明是一種中強高韌鋁鋰合金及其制備方法，屬于金屬材料工程領域。
背景技術：
近年來，隨著鋁冶金裝備技術及冶金學基礎技術水平的提高，鋁鋰合金經歷了三 代發(fā)展，鋁鋰合金的冶金設計原則已發(fā)展為適中的強度、略低的密度、低各向異性，并充分 發(fā)揮其剛性及耐損傷優(yōu)勢。在生產上追求更低的工藝成本，表現(xiàn)為其生產工藝更接近普通
招合金ο隨著航空工業(yè)，特別是民用大型飛機制造業(yè)的競爭加劇，波音、空客、龐巴迪及中 國商飛等飛機制造公司紛紛將飛機運營的經濟性及高壽命設計作為其核心技術。結構減重 及選用耐損傷材料是實現(xiàn)該核心技術的重要手段，先進的鋁鋰合金可同時滿足以上兩項要 求，本發(fā)明可用來替代2124-T851厚板在飛機上應用，可減重10 15 %，預估使用壽命可提 高4倍以上。在航空航天、核工業(yè)、交通運輸、體育用品、兵器等領域具有廣闊的應用前景。近年來，歐美開展了三代高性能鋁鋰合金研究，并有一些已接近工業(yè)化生產的水 平。其代表合金有 2297 合金(Al-2. 8Cu-l. 5Li_0. 30Mn_0. 12Zr) ,2397 合金(Al-2. 8Cu_l. 4Li-0. 30Mn-0. 12Zr-0. IOZn)、2099/2199 合金(Al-2. 7Cu_l. 8Li_0. 7Zn_0. 30Mg_0. 30Mn_0 .12Zr)及 2196 合金(Al-2. 65Cu_l. 6Li_0. 55Mg-0. 4Ag-0. 12Zr)。鋁鋰合金的生產傳統(tǒng)由原蘇聯(lián)工藝及歐美工藝，原蘇聯(lián)工藝采用真空熔煉技術， 研制生產了 Al-Mg-Li系及Al-Mg-Li-Sc系鋁鋰合金，并在多種型號上應用；歐美國家更多 的發(fā)展氣體精煉技術，合金體系以Al-Cu-Li系為主，研究表明，較好的工藝控制下不同的 精煉技術是等效的。

發(fā)明內容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術狀況而設計提供了 一種中強高韌鋁鋰合金及其制 備方法，其目的是？。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的本發(fā)明技術方案提出了一種中強高韌鋁鋰合金，其特征在于合金的化學成分及 重量百分比為Cu 2.2 3.2%，Li 1. 1 2.0%，Si 彡 0. 10%,Fe^O. 10%,Ti ^0. 12%, 其它雜質單個< 0. 05%，總量< 0. 15%，余量為Al。在該合金的化學成分中還加入Mn、Zn、Mg、Ag與&中的1 5種，加入的重量百 分比為Mn 0. 10 0. 70%,Zn 0. 05 1. 0%,Zr 0. 05 0. 16%,Mg 彡 0. 10% 0. 80%, AgO. 2 0. 6%。鋁銅鋰合金的強度主要取決于Li+Cu的合金元素總量，塑性取決于固溶程度，以 鋰當量(Li+Cu/2. 82)可以粗略估計合金的固溶程度，當Li+Cu總量超過5%時，其擠壓棒的 強度可以達到500Mpa以上，而Li當量控制在2. 4 2. 6以下時，合金的塑性可確保在6% 左右。本發(fā)明控制Li+Cu總量接近5%，Li當量約為2. 4，從而保證合金強度及塑性。
Al-Li系合金的各向異性來源于δ ‘相引起的共面滑移和織構，Zr的加入會抑制 δ ‘相的共面滑移，同時對合金有很好的韌化作用，但不能大幅度降低合金的各向異性。本 發(fā)明采取聯(lián)合加入的方式，從而大幅度降低鋁一鋰一銅合金的各向異性。Mg、Zn、Ag等微量元素對Al-Li-Cu合金都有一定的強韌化作用，其中Mg+Ag的聯(lián) 合微合金化強化效果最好，Mg+Zn次之。本發(fā)明可從強韌匹配及性能/成本等不同方面考 慮生產Mg+Ag及Mg+Zn微合金化鋁鋰合金，亦可生產少無微合金化的鋁鋰合金。該合金適 用于制造航空航天、核工業(yè)、交通運輸、體育用品、兵器等領域用IOmm 180mm規(guī)格板材。本發(fā)明技術方案還提出了一種制備上述高強韌鋁鋰合金的方法，其特征在于該 方法的步驟是(1)按合金的化學成分及重量百分比要求配料；(2)在熔煉爐內進行熔化，熔化溫度為680°C 780V ；(3)對完全熔化的金屬液進行精煉，精煉時金屬溫度維持在690°C 750°C的范圍 內；(4)精煉后應進行充分靜置，靜置時間不低于30分鐘；(5)充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度維持在700°C 720°C的范圍內，澆鑄速度為 15 200mm/分鐘；(6)在加熱爐內對合金鑄錠進行優(yōu)選均勻化處理，均勻化溫度為450°C 520°C ；(7)將均勻化后的鑄錠扒皮后，進行熱擠壓及熱軋制任一工藝加工成形，成形過程 中坯料應保持在350°C 480°C的溫度；(8)成形后毛坯需經固溶、淬火及人工時效熱處理達到產品交付狀態(tài)。步驟(1) (5)中優(yōu)選以氬氣作為保護氣體。步驟(3)優(yōu)選采用真空精煉。步驟(3)優(yōu)選采用3 10%氯氣+氬氣混合氣體精煉。步驟(3)優(yōu)選采用C2Cl6精煉劑精煉。步驟(8)中的熱處理固溶溫度優(yōu)選470°C 585°C。步驟(8)中固溶處理后，優(yōu)選對材料進行冷變形，并保留1 5%的永久變形量。步驟(8)中熱處理采用的時效熱處理優(yōu)選工藝為在110°C 210°C加熱1 64 小時。


圖1為本發(fā)明提出的新型中強高韌鋁鋰合金的熔煉鑄造流程圖2為本發(fā)明合金板材顯微組織
具體實施例方式以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案進一步地詳述表一給出了本發(fā)明所提出的新型中強高韌鋁鋰合金化學成分及重量百分比實施 例。表1 新型超中強高韌鋁鋰合金化學成分及重量百分比
權利要求
一種中強高韌鋁鋰合金，其特征在于合金的化學成分及重量百分比為Cu 2.2～3.2％，Li 1.1～2.0％，Si≤0.10％，F(xiàn)e≤0.10％，Ti≤0.12％，其它雜質單個≤0.05％，總量≤0.15％，余量為Al。
2.根據權利要求1所述的中強高韌鋁鋰合金，其特征在于在該合金的化學成分中加 入Mn、Zn、Mg、Ag與&中的1 5種，加入的重量百分比為Mn 0. 10 0. 70%,Zn 0. 05 1. 0%, Zr 0. 05 0. 16%, Mg 彡 0. 10% 0. 80%, AgO. 2 0. 6%。
3.根據權利要求1所述的中強高韌鋁鋰合金，其特征在于該合金適用于制造航空航 天、核工業(yè)、交通運輸、體育用品、兵器等領域用IOmm 180mm規(guī)格板材。
4.用于制備上述權利要求1所述的中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于該方法的 步驟是(1)按合金的化學成分及重量百分比要求配料；(2)在熔煉爐內進行熔化，熔化溫度為680°C 780V；(3)對完全熔化的金屬液進行精煉，精煉時金屬溫度維持在690°C 750°C的范圍內；(4)精煉后應進行充分靜置，靜置時間不低于30分鐘；(5)充分靜置后開始澆鑄，爐口溫度維持在700°C 720°C的范圍內，澆鑄速度為15 200mm/ 分鐘；(6)在加熱爐內對合金鑄錠進行優(yōu)選均勻化處理，均勻化溫度為450°C 520°C；(7)將均勻化后的鑄錠扒皮后，進行熱擠壓及熱軋制等任一工藝加工成形，成形過程中 坯料應保持在350°C 480°C的溫度；(8)成形后毛坯需經固溶、淬火及人工時效熱處理達到產品交付狀態(tài)。
5.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(1) (5) 中均采用氬氣保護。
6.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用 真空精煉。
7.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用 3 10%氯氣+氬氣混合氣體精煉。
8.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(3)采用 C2Cl6精煉劑精煉。
9.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中熱 處理固溶溫度為470°C 585°C。
10.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中固 溶處理后，對材料進行冷變形，并保留1 5%的永久變形量。
11.根據權利要求4所述的制備中強高韌鋁鋰合金的方法，其特征在于步驟(8)中熱 處理的時效熱處理工藝為在110°C 210°C加熱1 64小時。
全文摘要
本發(fā)明是一種中強高韌鋁鋰合金及其制備方法，按重量百分比計，其合金成分為Cu 2.2～3.2％，Li 1.1～2.0％，Mn 0.10～0.70％，Zn 0.05～1.0％，Zr 0.05～0.16％，Mg0.10％～0.80％，Ag0.2～0.6％，Si≤0.10％，F(xiàn)e≤0.10％，Ti≤0.12％，其它雜質單個≤0.05％，總量≤0.15％，余量為Al。其中合金元素Mn、Zn、Mg、Ag與Zr可選擇加入其中1～5種。按合金成分配料，將原料融化，經爐內精煉、靜置后，澆注成所需規(guī)格的合金錠。合金錠經優(yōu)選均勻化后可通過熱擠壓、熱軋制及熱擠壓等任一工藝加工成形，經優(yōu)選工藝的熱處理后可供加工零件使用。本發(fā)明一種新型中強高韌鋁鋰合金材料的顯微組織均勻、性能穩(wěn)定，適于制造厚板及擠壓型材。極限抗拉強度可達440MPa以上，同時延伸率高于6％、KIc可達36MPam1/2以上。
文檔編號C22C1/02GK101967589SQ201010520989
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權日2010年10月27日
發(fā)明者馮朝輝, 盧健, 孫剛, 張顯峰, 王勝強, 謝優(yōu)化, 陸政, 龔澎 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院