[发明专利]一种超高强铝锂合金及热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高强铝锂合金及热处理工艺，特别是指有效提高超高强铝锂合金室温塑性的热处理工艺。属于高性能金属结构材料制备技术领域。

背景技术

航空发动机，航天制造业及各国空间计划的开展，对传统结构材料提出更高的要求，不仅要求提高其抗拉强度，还需要考虑其制造成本和使用成本。在铝合金中添加锂元素已经引起越来越多的研究关注，因为铝锂合金与传统铝合金如2000系和7000系相比，具有更低的密度，更高的比强度，及更高的抗损伤容限。

但是铝锂合金的大规模商品化生产在过去的很长一段时间内都无法实现，主要原因在两方面：一，铝锂合金的塑韧性差；二，铝锂合金的断裂韧性差。过去的四十年，全球范围内都在开展改良铝锂合金的研究。一系列的铝锂合金（不同的锂和铜元素的含量）已经研究出，并且具备更优良的加工性能。有研究发现每提高铝锂合金中锂的加入量1%，可以降低合金密度3%，增加弹性模量6%。尽管锂的加入可以有效地提高合金的性能，并且抗拉强度与锂元素的加入量紧密相连，但是，锂元素的加入存在极限值。当超过极限值后，合金表现出恶化的性能。

Lagan和Pickens等人发现：当锂元素的加入量超过合金总重的1.3%时，合金的屈服强度和抗拉强度都下降。当锂元素的含量控制在1.1-1.3%时，合金强度达到最大值。也有研究指出，在Al-Li-Cu合金中加入Zr，Ag，Mg，及稀土元素都可以使得合金表现出强度和韧性的优异结合。正因如此，具有高Cu/Li元素比，名义合金成分为Al-6.3Cu-1.3Li-0.4Ag-0.4Mg-0.14Zr的Weldanite^TM 049合金成功开发，其具备良好的加工性能及优异的焊接性能。有相关文献记载型号：2094合金，Cu/Li元素比约为5的铝锂合金，T6及T8态室温拉伸性能为，抗拉强度568.4Mpa和610.9Mpa，屈服强度为518Mpa和573Mpa，延伸率分别为8.5%和7%，而降低Cu/Li比可以有效的降低合金密度，大幅提高合金比强度性能，减轻材料总重。但提高合金中锂元素含量影响合金的室温塑性。主要由于提高熔炼中锂元素含量，不可避免的造成合金氢元素含量偏高，提高合金氢脆倾向，晶界强度降低，易发生沿晶断裂，合金塑性差。目前，国外采用高真空熔炼，延长熔炼时间，氢元素溢出熔体，降低合金氢脆倾向，但存在锂元素易从熔体挥发，熔炼设备价格昂贵，造成合金成本偏高等问题。而采用原有氩气保护氛围熔炼条件，通过改善合金元素含量配比，利于合金基体共格、半共格析出相弥散分布，适当减少非共格增强相数量，增加塑性变形中位错总滑移程，大幅提高合金塑性却鲜有行之有效的热处理工艺。因此研究高性能低铜锂比铝锂合金，开发有效的热处理制度改善合金的室温强度，尤其是提高室温塑性，对拓展铝锂合金应用领域至关重要。

发明目的

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种合金成分设计合理、制备的合金密度小、热处理工艺简单、热处理后合金比强度高、室温塑性好的超高强铝锂合金及热处理工艺。

本发明一种超高强铝锂合金，包括下述组分按重量百分比组成：

Cu：4～4.5，

Li：1.3～1.4，

Mg：0.3～0.5，

Ag：0.2～0.4，

Zr：0.05～0.2，余量为Al。

本发明一种超高强铝锂合金的热处理工艺是采用下述方案实现的：按设计组分配比取铝锂合金各组分，在氩气保护下熔化后，浇注得到铸锭，铸锭经均匀化处理、挤压后得到挤压坯；将挤压坯加热至495℃～515℃保温0.5-1.5h，水淬，然后在50℃～120℃时效3h～96h；或者，水淬，然后150℃～200℃时效2h～10h后转50℃～120℃时效3h～96h。

本发明一种超高强铝锂合金的热处理工艺中，所述浇注时采用水冷方式得到铸锭。

本发明一种超高强铝锂合金的热处理工艺中，所述均匀化处理的工艺参数为：430℃～460℃保温15h～20h+480℃～510℃保温5h～10h后空冷。

本发明一种超高强铝锂合金的热处理工艺中，所述挤压的工艺参数为：开坯温度440℃～470℃，挤压模具温度430～460℃，挤压速率为0.2-0.4mm/min，挤压比为25-30。

发明的优点和积极效果