[發明專利]一種含鎂鑄造鋁鋰合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201810322703.4
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108531782A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 張小龍;張亮;吳國華;劉文才;史春昌;孫江偉;榮冕
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/16;C22C1/03;C22F1/04;C22F1/057
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明公開了一種新型含鎂鑄造鋁鋰合金，所述鋁鋰合金包括以下重量百分含量的各組分：1.6～1.99％Li，0.8～1.8％Cu，0.2～0.7％Mg，0.1～0.25％Zr，雜質元素Fe、Si、Na、K和P的總量小于0.25％，其中Fe小于0.15％，余量為Al。制備時，以Al?Cu、Al?Zr中間合金、純鋁、純Mg和純Li熔煉后得到鋁合金，再經440～460℃/32～40h+520～530℃/24～36h雙級固溶熱處理，淬水處理后，進行150～190℃/16～48h單級人工時效處理，得到所述新型含鎂鑄造鋁鋰合金。制得的此類鋁合金的顯微組織均勻，性能穩定，具有相比于傳統鋁合金更低的密度，更高的彈性模量和剛度等機械性能，同時成本低廉。極限抗拉強度可達400～445MPa，同時延伸率為4.0～6.0％。

技術領域

本發明屬于金屬材料類及冶金領域，涉及一種含鎂鑄造鋁鋰合金的制備方法，具體 涉及一種通過添加合金元素(Li、Cu、Mg、Zr)及相應熱處理工藝條件獲得力學性能 優良、密度低、彈性模量高的鑄造鋁鋰合金的制備方法。

背景技術

航空航天領域的快速發展對飛行器尤其是大型民用飛機制造業提出了日益嚴格的 要求。降低材料的密度，提高材料的剛度和損傷容性成為其實現核心技術突破的重要手段。鋁鋰合金是一種低密度、高強度、高剛度和耐損傷的輕質合金。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％；用它取代常規鋁合 金部件優勢明顯。鋁鋰合金已逐漸成為現代飛行器設計中最具競爭力的結構材料之一。

鋁鋰合金按照加工工藝主要可分為變形鋁鋰合金、鑄造鋁鋰合金及粉末冶金鋁鋰合 金。在諸多類型鋁鋰合金中，變形鋁鋰合金因其與傳統鋁合金相比，具有密度低、比強度和比剛度高、彈性模量高、疲勞裂紋擴展速率低、低溫性能較好、良好的耐腐蝕性等 諸多的綜合性能，已在民用客機、直升飛機、軍用飛機和戰斗機上廣泛使用。然而，變 形鋁鋰合金也存在著諸多問題：生產工藝條件嚴格，材料的各向異性問題嚴重，合金中 Li含量較低，減重效果不明顯，不能用于復雜結構件的制備等。同時，國內外關于鑄造 鋁鋰合金的研究十分缺乏，針對航空航天領域和軍事領域(如導彈艙體、魚雷殼體等) 對復雜結構件減重、提高剛度的迫切需求，開發機械性能、鑄造性能優良，成本較低的 新型鑄造鋁鋰合金勢在必行。

目前關于鑄造鋁鋰合金的相關研究還十分薄弱，對于不同成分、不同強度水平的鑄 造鋁鋰合金的研究還存在很大的空白?，F有的有限的研究表明，由于鋰的化學活性很高， 鋁鋰合金的空氣熔煉存在著諸多困難，開發出的鑄造鋁鋰合金的強度和延伸率較低。山 東大學韓建德等研究了Al-Li-Cu三元鑄造合金的組織和性能的變化，在時效態 Al-3Li-1Cu合金的力學性能達到350MPa，但延伸率僅為0.4％；中國專利文獻CN201610200924.5公開了一種輕質高強鑄造鋁鋰合金的制備方法，這種合金含有3～3.5％Li，1～2％Cu，0.5～2％Mg和微量的Ag、Zr、Mn，密度僅為2.49g/cm³，同時具 有較高的力學性能(抗拉強度為380～408MPa，延伸率為2.9～3.5％)。中國專利文獻 CN201410674805.4公開了另一種輕質高強鑄造鋁鋰合金的制備方法，合金含有2～3％Li， 1.5～2.5％Cu，0.4～1.2％Mg，0.2～0.8％Zn，0.1～0.8％Mn以及微量的Zr、Ti、Ce，通過多 種元素微合金化和雙級固溶、單級時效處理可以獲得抗拉強度在400MPa，延伸率為 2.8～3.6％的中高強鑄造鋁鋰合金。本課題組在綜合前人成果的基礎上，通過改變合金的 成分，減少了微合金元素的添加種類，節省了原料成本；優化了合金元素的成分范圍及 相應的熱處理工藝，開發出一種新型低密度、高強韌鑄造鋁鋰合金。本發明可以有效較 低生產成本，提高材料的剛度，在導彈艙體、魚雷殼體等軍工與航天航空領域具有廣闊 應用前景。

發明內容