一種鈹鋁合金板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金及其加工的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，本發(fā)明涉及一種鈹鋁合金板材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈹鋁合金結(jié)合了金屬鈹?shù)母邚椥阅Ａ恳约敖饘黉X的高韌性和易加工性，是一種獨(dú)特的輕質(zhì)(密度比鋁低25% )、剛性(比剛度是鋁、鈦、鋼鐵、鎂的4倍)、高阻尼性和高穩(wěn)定性(熱膨脹系數(shù)比鋁低50%)的材料，被認(rèn)為是“二十一世紀(jì)從實驗室到工程應(yīng)用的重要材料”，在國防與航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]鈹鋁合金的生產(chǎn)工藝主要有三種:粉末冶金、鑄造和鍛(擠)壓成形。不同制備工藝制得的合金組織具有顯著差異，導(dǎo)致合金的性能有所不同。鑄態(tài)合金的拉伸強(qiáng)度是最低的，鍛壓態(tài)鈹鋁合金比鑄造合金具有更好的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度和延伸率均有大幅度提高。粉末冶金法制備的鈹鋁合金的強(qiáng)度也有明顯改善，而且經(jīng)冷等靜壓/擠壓的鈹鋁合金的力學(xué)性能要明顯優(yōu)于熱等靜壓態(tài)鈹鋁合金。可見，經(jīng)過塑性變形加工的鈹鋁合金具有更加優(yōu)良的力學(xué)性能。
[0004]目前，制備鈹鋁合金板材的方法主要有兩種。第一種方法是首先采用粉末等靜壓法制備坯料，之后采用擠壓方法成形，最后軋制成板材。粉末冶金法的主要流程包括:在1350至約1450 °C的溫度范圍內(nèi)，在有陶瓷內(nèi)襯的耐火坩禍中對鋁和鈹?shù)钠鹗疾牧线M(jìn)行真空熔煉，令液化的鋁-鈹熔體經(jīng)由耐火噴嘴傾出成一液流，然后被高速噴射的惰性氣流所截交，惰性氣流使液流斷裂成細(xì)微的液滴，液滴然后固化形成預(yù)制的合金粉末，構(gòu)成的預(yù)制合金粉末具有非常細(xì)微的樹枝狀顯微結(jié)構(gòu)且粒徑約為3?5 μπι，顆粒尺寸對最終產(chǎn)品的強(qiáng)度有重要影響。預(yù)合金粉經(jīng)冷等靜壓壓至理論密度的約80 %，再經(jīng)熱等靜壓成形，最后經(jīng)擠壓進(jìn)一步提高密度，擠壓溫度通常為370?510°C。擠壓成的棒材經(jīng)切割后軋制成板材，制板時擠壓棒應(yīng)包復(fù)在鋼套或銅套中。該方法制備的鈹鋁合金板材具有各向同性特性，但是生產(chǎn)成本非常昂貴。
[0005]第二種方法是傳統(tǒng)的鑄錠澆注操作和軋制成形。將熔融的鈹鋁合金倒進(jìn)石墨型腔中，待冷卻后獲得固態(tài)鑄錠，去除鑄錠的表層氧化皮后進(jìn)行軋制即獲得鈹鋁合金板材。由于常規(guī)鑄造鈹鋁合金基體中有非常粗大的柱狀樹枝晶鈹相，其各向異性度非常嚴(yán)重且塑性變形能力很差，板材軋制過程較為困難。
[0006]除了以上兩種方法外，上世紀(jì)90年代，勃拉希-威爾曼公司還開發(fā)了另一種用于鈹鋁合金的近凈成形技術(shù)一半固態(tài)成形技術(shù)。該技術(shù)的創(chuàng)新之處在于使用霧化法或機(jī)械粉碎法將鈹粉與固態(tài)顆?；蛞合嗑€鋁相混合，不將鈹熔化，不進(jìn)行熔融態(tài)鋁鈹合金的攪拌，也無需引入剪切力。其中，半固態(tài)鈹鋁合金漿料的制備流程如下:首先采用霧化法或機(jī)械粉碎法制備鈹粉和鋁粉；之后將鋁和鈹粉末按組分混合；在約高于鋁的固相線的溫度下熔化鋁組分，產(chǎn)生固態(tài)鈹分散于液態(tài)鋁中的半固態(tài)漿料；最后原位澆注該半固態(tài)漿料，制備得到的半固態(tài)鈹鋁合金坯料。鈹鋁合金坯料可通過閉模鍛造、半固態(tài)鍛造以及半固態(tài)模壓進(jìn)一步成形，或者進(jìn)行軋制獲得鈹鋁合金板材。雖然這種方法最為經(jīng)濟(jì)，但是在實際操作中鈹與鋁難以混合均勻，不易進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，因此該方法產(chǎn)業(yè)化前景不容樂觀。
[0007]為此，需要提供一種經(jīng)濟(jì)性與實用性兼顧的鈹鋁合金板材及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)性與實用性兼顧的鈹鋁合金板材及其制備方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一方面提供了一種鈹鋁合金板材的制備方法，所述制備方法包括依次進(jìn)行的鈹鋁合金鑄錠制備、鈹鋁合金鑄錠熱壓預(yù)成型和鈹鋁合金錠坯熱軋成型并得到所述鈹鋁合金板材，其中，在所述鈹鋁合金鑄錠制備步驟中采用近液相線電磁鑄造制備鈹鋁合金鑄錠。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，所述近液相線電磁鑄造包括以下步驟:
[0011](a)配料:至少準(zhǔn)備鈹?shù)腻V、塊或粉末以及鋁或鋁合金的錠、塊或粉末；
[0012](b)熔煉:將準(zhǔn)備的原材料放入氧化鋁或氧化鈹坩禍中并置于電阻爐中熔煉，控制熔煉溫度為1250?1350°C并熔煉5?20分鐘，得到鈹鋁合金熔體；
[0013](c)近液相線保溫:將所述鈹鋁合金熔體在1145?1155°C下保溫10?20分鐘；
[0014](d)澆鑄:將保溫后的鈹鋁合金熔體澆注至模具中，同時開啟電磁場，控制輸入電流為50?150A且攪拌頻率為5?50Hz，得到鈹鋁合金鑄錠。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，所述熔煉步驟、近液相線保溫步驟和澆鑄步驟是在真空條件下且在非反應(yīng)性氣氛中進(jìn)行，其中，所述非反應(yīng)性氣氛為氬氣、氦氣或氮?dú)狻?br>[0016]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，所述模具為具有氧化鋁涂層的石墨模具，并且在澆鑄前將所述模具預(yù)熱至500?700°C。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，所述電磁場為交變旋轉(zhuǎn)磁場、行波磁場或交變旋轉(zhuǎn)與行波復(fù)合磁場。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，所述鈹鋁合金鑄錠熱壓預(yù)成型包括以下步驟:
[0019](a)去除鈹鋁合金鑄錠的表面氧化皮，得到鈹鋁合金坯料；
[0020](b)加熱所述鈹鋁合金坯料至350?600°C ；
[0021](c)將所述鈹鋁合金坯料轉(zhuǎn)移至鍛壓機(jī)進(jìn)行熱壓，控制變形率為30?60%，得到鈹銷合金錠還。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，所述鈹鋁合金錠坯熱軋成型包括以下步驟:
[0023](a)加熱所述鈹鋁合金鑄錠熱壓預(yù)成型制備得到的鈹鋁合金錠坯至350?600°C;
[0024](b)將所述鈹鋁合金錠坯轉(zhuǎn)移至軋機(jī)進(jìn)行熱軋，控制單道次變形率為10?15% ;
[0025](c)按照步驟(a)和(b)進(jìn)行多道次軋制，直至獲得所需厚度的鈹鋁合金板材。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的制備方法的一個實施例，控制連續(xù)兩道次的軋制方向為相反的。
[0027]本發(fā)明的另一方面提供了一種鈹鋁合金板材，采用上述鈹鋁合金板材的制備方法制備得到，其中，所述鈹鋁合金板材的厚度為I?5mm且鈹含量為62?68wt%。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的鈹鋁合金板材的一個實施例，所述鈹鋁合金的室溫抗拉強(qiáng)度彡260MPa且延伸率彡3%。
[0029]本發(fā)明鈹鋁合金板材的制備方法是將近液相線電磁鑄造、固態(tài)熱壓預(yù)成形和精密軋制相結(jié)合的復(fù)合加工方法，其在鈹鋁合金鑄錠制備步驟中采用近液相線電磁鑄造，有利于形成細(xì)小、均勻的非枝晶組織，而且有利于細(xì)化鈹鋁合金的合金鑄態(tài)組織，并且利用熱壓預(yù)成形加工進(jìn)一步碎化鑄錠的合金枝晶組織并提高合金塑性變形能力，最后采用精密軋制方法制備得到所需厚度的板材，所生產(chǎn)的鈹鋁合金板材的力學(xué)性能和成分均符合要求。
【附圖說明】
[0030]圖1示出了示例2中制備得到的鈹鋁合金鑄錠的微觀組織照片。
[0031]圖2示出了示例2中熱壓開坯后鈹鋁合金錠坯的微觀組織照片。
[0032]圖3示出了示例2中制備得到的鈹鋁合金板材的微觀組織照片。
【具體實施方式】
[0033]在下文中，將詳細(xì)說明本發(fā)明的鈹鋁合金板材及其制備方法。
[0034]由于電磁鑄造能顯著改善鑄錠的表面質(zhì)量、抑制溶質(zhì)元素偏析、細(xì)化顯微組織并提升產(chǎn)品的機(jī)械性能，所以被廣泛地應(yīng)用于鋼和其他合金的鑄造。近年發(fā)展起來的近液相線鑄造法也為獲得細(xì)小均勻的等軸晶組織提供了更加簡單、有效和經(jīng)濟(jì)的方法，由于合金熔體溫度低且?guī)缀鯚o過熱，因此澆注時熔體中會形成大量均勻分布的晶核，有利于細(xì)小、均勻、等軸的非枝晶組織形成。
[0035]本發(fā)明創(chuàng)新地將電磁鑄造應(yīng)用于鈹鋁合金的制備并選用合適的制備參數(shù)，采用近液相線保溫并在合金的凝固過程中施加電磁場，從而形成細(xì)小、均勻的非枝晶組織并細(xì)化鈹鋁合金的合金鑄態(tài)組織，為后續(xù)的加工提供成本更低且質(zhì)量更優(yōu)的鑄錠。并且，本發(fā)明還利用熱壓預(yù)成形加工進(jìn)一步碎化鑄錠的合金枝晶組織并提高合金塑性變形能力，最后采用精密軋制方法制備得到所需厚度的板材。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述鈹鋁合金板材的制備方法包括依次進(jìn)行的鈹鋁合金鑄錠制備、鈹