[发明专利]一种用于航天的高强高韧铝锂合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于航天的高强高韧铝锂合金及其制备方法，铝锂合金的合金成分为：Cu的质量分数为3.2％～4.2％，Li的质量分数为1.0％～1.3％，Mg的质量分数为0.2％～0.6％，Mn的质量分数为0.1～0.5％，Zr的质量分数为0.05％～0.15％，Ag的质量分数为0.2％～0.7％，Zn的质量分数为0.3％～0.7％，Ti的质量分数为0.1％，Si的质量分数0.06％，Fe的质量分数≤0.6％，余量为Al。制备时采用了合理的锻造工艺，将第一次墩粗、第二次冲孔和第三次扩孔相结合的方式，从而生产出拥有较好且均匀力学性能的管状零件，从而满足减重、高强、高寿命的使用要求。通过实验表明，以本发明的工艺可以成批量的生产抗拉强度超过500Mpa的航空用铝合金，从而满足航天器结构的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种用于航天的高强高韧铝锂合金及其制备方法。

背景技术

舱段是导弹、火箭、飞船、空间站、月球及深空探测等航天飞行器的重要 组成部分，用于装载战斗部、推进剂、发动机、各类仪器设备等部件，并承受 和传递各种载荷。随着航天飞行器运载能力的提高、飞行距离更远、舱段规格 的增大，舱段面临艰巨的减重任务。在舱段材料上，由2A14、2219等常规铝 合金向具有更高强度、更高模量、更低密度的铝锂合金方向发展。

铝锂合金是对航空航天装备轻量化具有重要意义的轻质高性能铝合金材 料。与传统的航空航天用铝合金相比，铝锂合金可使构件综合减重达到8％-15％， 航空航天设计单位高度关注、重点支持和迫切需要的合金材料。开展大规格高 强韧铝锂合金材料及航天飞行器大型整体舱段环件制备关键技术的研究，对航 天飞行器向重载、远程方向的发展具有重要推动作用。

为适应航天飞行器重载及深空探测任务需求，航天器结构面临艰巨的减重 任务。除了选择密度更小的材料外，连续流线加强筋整体舱段结构，是航天器 体舱结构实现结构减重的重要实施途径之一。而目前国内工业化稳定生产的坯 料尺寸受限及国外技术封锁，致使密封舱体结构大多采取单块壁板平面加工， 弯曲成形，拼焊成回转体的制造手段。其焊接区域需去除加强筋，以提供焊接 工装压紧区域。这就意味着整舱性能会出现薄弱区域，因此需要进行局部加强， 导致额外的重量和成本增加。如果采用大型整体回转体坯件，后续仅通过机械 加工去除多余材料，即可实现轻量化舱体主结构制造。能够大幅度降低结构重 量，提高承载能力。随着航天器飞行距离更远，载荷更多，承载能力更强，大 型整体航天器舱体结构是未来发展趋势。

目前采用大规格喷射成形铝锂合金锻件的锻造方法，使舱段在打孔时未出 现开裂现象，满足新型航天装备对喷射成形铝锂合金材料的性能要求，解决了 大规格舱段的制备及舱段锻造开裂及结构减重的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种用于航天的高 强高韧铝锂合金及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种用于航天的高强高韧铝锂合金，铝锂合金的合金成分为：

Cu的质量分数为3.2％～4.2％，Li的质量分数为1.0％～1.3％，Mg的质 量分数为0.2％～0.6％，Mn的质量分数为0.1～0.5％，Zr的质量分数为0.05％～ 0.15％，Ag的质量分数为0.2％～0.7％，Zn的质量分数为0.3％～0.7％，Ti 的质量分数为0.1％，Si的质量分数0.06％，Fe的质量分数≤0.6％，余量为Al。

上述高强高韧铝锂合金的制备方法，包括以下步骤：

①、按合金组分进行配料；

②、在一级熔炼炉中进行初步熔炼，熔炼温度为710-780℃，在惰性气体 的保护下，添加成分锂；

③、添加除渣剂，对液态金属进行除渣与除气；