[发明专利]一种高Mg含量中强高延变形铝锂合金及其热处理方法

说明书

本发明公开了一种高Mg含量中强高延变形铝锂合金及其热处理方法，所述铝锂合金由如下重量百分比含量的各组分组成：Mg1‑2％、Cu3‑4.5％、Li1‑2％、Zr0.1‑0.5％、Mn0.1‑0.3％，杂质元素总含量小于0.25％，以及余量的Al。本发明通过添加Mn，使得合金时效过程中析出了Al₂₀Mn₃Cu₂粒子，所述合金含有更高含量的Mg，高含量的Mg保证合金时效时能析出更多的S′相，通过熔炼铸造、挤压变形制备出Mg含量较高的变形铝锂合金，对合金室温进行预变形，随炉缓慢升温至一定温度保温时效后合金中析出了细小弥散均匀分布的S′(Al₂CuMg)、T₁(Al₂CuLi)相和少量的Al₂₀Mn₃Cu₂粒子，所述合金具有中等的屈服抗拉强度和较高的延伸率，同时成本低廉，在自行车和智能机器人等民用领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属材料及冶金技术领域，具体为一种高Mg含量中强高延变形铝锂合金及其热处理方法，经过成分优化和热处理后，开发出了一种新型中强高延伸率铝锂合金。

背景技术

锂是最轻的金属元素，每1％的锂加入到铝合金中能将合金的密度降低3％，刚度提高6％。铝锂合金是一种具有低密度，高比强度，高比刚度和良好耐蚀性的铝合金。用铝锂合金取代常规的铝合金能使构件的质量减轻10％-15％，刚度提高15％-20％。铝锂合金的上述优势，使得该类合金逐渐取代传统的2×××和7×××系铝合金广泛应用于航空航天领域。从第一代铝锂合金被开发以来至今，铝锂合金已经发展至第三代。相较于前两代，第三代铝锂合金具有更高的强度、低的各向异性和较好的可焊性。但是第三代铝锂合金的塑性普遍较差，时效处理后合金的延伸率基本都低于10％。而且目前大部分铝锂合金中含有的Ag、稀土元素等提高了合金的制备成本。因此，开发一种低成本高延伸率的铝锂合金，能进一步将其应用范围扩展到自行车和智能机器人等民用领域。

Al-Li合金中的主要强化相包括S′相(Al₂CuMg)、T₁相(Al₂CuLi)、δ′相(Al₃Li)、θ′相(Al₂Cu)、Al₂₀Mn₃Cu₂粒子和GP区等。其中T₁相为密排六方结构，最具强化效应。S′相为斜方向，能够分散位错的滑移，因而S′在强化合金的同时还能在一定程度上改善合金的塑性。Al₂₀Mn₃Cu₂粒子也能改善合金的塑性。因此，为了获得良好的塑性并保证一定的强度，应该在合金中弥散析出大量细小的S′相(Al₂CuMg)、T₁相(Al₂CuLi)和Al₂₀Mn₃Cu₂粒子。

合金化和热处理是改变合金析出相种类和分布的有效手段。大量研究表明，Mg能够降低合金的层错能，促进T₁相的析出，提高合金的强度；此外Mg还是S′相的组成元素。因此我们希望通过提高合金中的Mg含量来改善合金的强韧性。然而，已有报道文献和中国专利文献如公开号为：101967589、104583434和103993204等专利中公开合金的Mg含量都低于1％。目前已有铝锂合金Mg含量较低的主要原因在于：(1)更高的Mg含量可能会使合金凝固过程中析出难溶的Al₂MgLi相和其它非平衡第二相，增加了合金的均匀化处理难度。(2)高Mg含量的Al-Cu-Li合金在时效过程中容易析出粗大的含Mg相，降低合金的力学性能。为了解决高Mg含量合金中存在的上述问题，我们通过三级均匀化工艺消除合金中的难溶第二相，充分将Mg原子溶解到基体中；通过预变形+缓慢加热时效的热处理方式，弥散均匀析出了第二相，同时避免了粗大含Mg第二相的析出。获得了一种中强高延伸率的铝锂合金。

发明内容