[發(fā)明專利]一種輕質(zhì)鑄造Al-Si-Li合金材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710880706.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107587012B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉林;畢常蘭;張利;趙玉華;國(guó)旭明;王繼杰;劉春忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C21/04
• 分類號(hào): C22C21/04;C22C21/00;C22C21/08;C22C1/03;C22F1/043;C22F1/04;C22F1/047
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 趙嬛嬛

本發(fā)明提供一種輕質(zhì)鑄造Al?Si?Li合金材料及其制備方法，其中合金材料按照重量百分比的化學(xué)組成為：Si 2～7wt％，Li 1～5％，Mg 0.1～3wt％，Mn 0～0.5wt％，Ti 0～0.5wt％，Be 0～0.5wt％，Zr 0～0.5wt％，Cr 0～0.5wt％，余量為Al和雜質(zhì)。制備方法包括：按照上述重量百分比的化學(xué)組成配料；先將鋁錠加熱熔融成鋁熔體，然后加入除Li以外的金屬原料攪拌均勻；向鋁合金熔體中加入精煉劑進(jìn)行精煉，精煉結(jié)束后除氣處理并扒渣；依次加入覆蓋劑、Li原料、Sr變質(zhì)劑和AlTiB晶粒細(xì)化劑攪拌均勻，靜置5～25min后澆鑄成型；對(duì)鑄件進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，之后空氣冷卻至室溫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)鑄造Al-Si-Li合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

Al-Li合金具有密度低、彈性模量高、比強(qiáng)度和比剛度高、疲勞性能好和耐腐蝕性能及焊接性能好等諸多優(yōu)異的綜合性能，是近年來(lái)航空航天材料中發(fā)展最為迅速的一種先進(jìn)輕合金結(jié)構(gòu)材料，在航空航天領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，第三代Al-Li合金已經(jīng)在航空工業(yè)中得到了應(yīng)用。目前研發(fā)的Al-Li合金主要以變形合金為主，對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)鑄造Al-Li合金的研發(fā)比較少。鑄件在航空飛行器中占有重要地位。對(duì)鑄造鋁鋰合金及鑄件的研究是近年來(lái)鋁鋰合金研究領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的新動(dòng)向。因此，研發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)鑄造Al-Li合金對(duì)航空工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

鑄造性能是鑄造合金的重要性能指標(biāo)。提高合金的鑄造性能是研發(fā)新型鑄造合金的關(guān)鍵。Al-Si合金具有優(yōu)異的鑄造性能，并具有中等強(qiáng)度，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在亞共晶Al-Si合金中加入Li，可在降低合金密度的同時(shí)提高合金的彈性模量。研究表明，在鋁合金中每添加1wt％Li，可使合金密度降低3％，而彈性模量提高6％，而且合金在固溶和時(shí)效后硬化效果良好。因此，預(yù)計(jì)Al-Si-Li合金依然會(huì)保持Al-Si合金的優(yōu)異鑄造性能，又兼具Al-Li合金的低密度，高彈性模量，高比強(qiáng)度和高比剛度等特點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，根據(jù)Al-Si-Li相圖，以及對(duì)Al-7wt％Si-xLi合金的研究表明，在Al-7wt％Si合金中加入Li導(dǎo)致了初生Al₂Li₃Si₂相的形成。而且隨著Li含量的增加，初生Al₂Li₃Si₂相變得更加粗大。圖1表示一種Al-7wt％Si-2.5wt％Li合金中粗大的Al₂Li₃Si2相。可以肯定，這種粗大的初生相將嚴(yán)重?fù)p害合金的力學(xué)性能，尤其是塑性。這一微觀結(jié)構(gòu)特征阻礙了Al-Si-Li系合金的發(fā)展，使得Al-Si-Li合金失去了應(yīng)用價(jià)值。因此，細(xì)化甚至消除這些粗大的初生相是研發(fā)鑄造Al-Si-Li合金的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種輕質(zhì)鑄造Al-Si-Li合金材料及其制備方法，所述輕質(zhì)鑄造Al-Si-Li合金材料大大細(xì)化甚至消除了粗大的初生Al₂Li₃Si₂相，既保持了Al-Si鑄造合金優(yōu)異的鑄造性能和較高的強(qiáng)度，又具有比傳統(tǒng)Al-Si合金低3～10％的密度，達(dá)到了輕質(zhì)高強(qiáng)的目標(biāo)。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種輕質(zhì)鑄造Al-Si-Li合金材料，按照重量百分比的化學(xué)組成為：Si 2～7wt％，Li 1～5％，Mg 0.1～3wt％，Mn 0～0.5wt％，Ti 0～0.5wt％，Be 0～0.5wt％，Zr 0～0.5wt％，Cr 0～0.5wt％，余量為Al和雜質(zhì)，其中所述雜質(zhì)中：雜質(zhì)元素Fe≤0.3wt％；其它雜質(zhì)元素總含量≤1.0wt％。

根據(jù)本發(fā)明所述的輕質(zhì)鑄造Al-Si-Li合金材料，優(yōu)選地，該合金材料的抗拉強(qiáng)度為245～350MPa，延伸率為3.0～8.0％，密度為2.4～2.6g/cm³。