[发明专利]一种超高强铝锂合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高强铝锂合金及其制备方法，属于金属材料工程领域。

背景技术

新型铝锂合金是航空航天最理想的结构材料。随着应用需求的发展及冶金技术的提高，铝锂合金已经经历了三个阶段的发展，相应的铝锂合金产品也划分为三代。目前国际上正在开发第四代铝锂合金。铝锂合金发展的基本原则为：针对航空航天不同背景的应用需求，分别设计不同性能的铝锂合金；如针对航天工业，铝锂合金的设计要求为低密度、高强度、高弹性模量及良好的焊接性。通过结构减重，降低火箭发射成本、提高推重比是航天工业永远追求的目标。随着航天工业的发展，对减重的需求越来越大，要求铝锂合金在适当降低密度的同时，进一步提高其强度。

欧美及中国均开展了高性能高强铝锂合金研究，一些已经工业化生产并开始应用。其中高强铝锂合金的典型代表有美国2195铝锂合金（Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.12Zr，已应用于航天飞机外挂燃料贮箱）、前苏联1460铝锂合金（Al-3.0Cu-2.2Li-0.12Zr-0.15Sc，已应用于运载火箭低温燃料贮箱）及中国的2A97（Al-3.85Cu-1.45Li-0.45Mg-0.5Zn-0.3Mn-0.15Zr）铝锂合金。

Al-Cu-Li系铝锂合金的强度一方面与主合金成分主合金元素Cu、Li总量及比例有关，Cu、Li总量及比例决定了时效析出相类型（T1、                                               、等等）及体积分数；另一方面还与微量元素有关，通过微量元素的微合金化作用，改善析出强化相T1、相的分布状态，可进一步提高强度。

传统铝锂合金中由于相引起的共面滑移，导致铝锂合金的各向异性。添加微量Zr可以细化晶粒、一定程度抑制共面滑移，但并不能根本改善其各向异性。

发明内容

本发明针对上述技术状况提供了一种超高强铝锂合金及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提出了一种超高强铝锂合金，其特征在于：化学成分（质量百分数）为：Cu 3.5~4.5%、Li 1.0~1.6%、Mg 0.30%~0.70%、Ag 0.20~0.70%、Zn 0.30~0.80%、Mn 0.20~0.50%、Zr 0.06~0.16%，杂质Si<0.10%、Fe<0.10%，其它杂质单个<0.05%，总量<0.15%，余量为Al。

该铝锂合金中同时添加微量元素MgAg、Zn、Mn、Zr，微量元素的质量百分数分别为：Mg 0.30%~0.70%、Ag 0.20~0.70%、Zn 0.30~0.80%、Mn 0.20~0.50%、Zr 0.06~0.16%。

本发明采用Mg+Ag+Zn为合金化元素的共同复合微合金化强化。Mg+Ag及Mg +Zn都具有微合金化强化效果，但强化效果不如Mg+Ag+Zn的共同复合微合金化强化效果。微量元素Ag的添加还能改善铝锂合金的焊接性。

本发明还采用Mn+Zr联合添加，降低铝锂合金的各向异性。添加少量Mn可形成弥散相粒子，分散共面滑移，使滑移更加均匀，在降低各向异性中起重要作用。同时形成的含Mn、Zr弥散相粒子还能阻碍再结晶、细化晶粒和提高铝锂合金强度。

本发明技术方案还提出一种上述超高强铝锂合金的制备方法，该方法的步骤是：

(1) 按合金的化学成分（质量百分数）要求配料；

(2) 熔化配制好的金属料，并及时添加溶剂保护熔体，熔化温度为680℃~780℃；

(3) 添加精炼剂对熔体进行精炼，精炼温度为690℃~740℃；

(4) 精炼后进行充分静置，而后浇铸成型；

(5) 在加热炉内进行铸锭均匀化处理，均匀化制度为双级均匀化，第一级温度为450~480℃，保温时间8~12h；第二级温度为500~530℃，保温时间24~36h；

(6) 均匀化的铸锭扒皮后进行轧制加工，热轧开坯温度450~490℃，热轧过程中坯料温度保持350℃以上；若制备薄板，需400~460℃退火2小时后再进行冷轧；

(7) 轧制成型毛坯需经固溶、淬火、预变形及人工时效得到超高强的铝锂合金。

步骤(2)~(4)采用氩气保护。

步骤(2)~(4)采用LiF+LiCl熔剂保护。

步骤（3）采用六氯乙烷（C₂Cl₆）精炼剂精炼。

步骤（3）可采用真空精炼。