[發明專利]一種超輕高強鑄造鋁鋰合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910175132.0
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109797322B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 馬凱杰;肖陽;劉志鵬;程家堯;王松森;解海濤;郭曉光;王軍武
• 申請（專利權）人: 鄭州輕研合金科技有限公司
• 主分類號: C22C21/06
• 分類號: C22C21/06;C22C1/03;C22F1/047
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;付艷麗

針對現有技術中鋁鋰合金低密度高強度的優勢性能不能兼顧的技術問題，本發明提供一種超輕高強鑄造鋁鋰合金及其制備方法，由以下質量百分比的組分組成：Li 2.5~3.5%，Mg 5.2~9.2%，Zr 0.08~0.20%，Sc 0.08~0.30%，少量雜質元素且雜質元素總含量小于0.25%，余量為Al。本發明可以在進一步降低鋁鋰合金密度的同時，兼顧高強度。

技術領域

本發明屬于鋁鋰合金技術領域，具體涉及一種超輕高強鑄造鋁鋰合金及其制備方法。

背景技術

鑄造鋁鋰合金作為一種輕質、高強、耐蝕的金屬結構材料，在航空、航天領域具有十分廣闊的應用前景，合金中每添加1%的鋰，密度降低3%，彈性模量提高6%，采用輕質高強鑄造鋁鋰合金代替常規的高強鑄造鋁合金可使結構重量減輕10%~20%，剛度提高15%~20%，實現航空、航天領域武器裝備輕量化，滿足其高精度、超遠程、超高速打擊的發展需求。

目前關于鑄造鋁鋰合金的研究相對較少，國外僅有俄羅斯和美國開展了該方面的研究工作，以Al-Si-Li和Al-Cu-Li系的合金為主。國內對于鑄造鋁鋰合金的研究正處于起步階段，中國專利CN105648283A中公開了一種低密度、高剛度鑄造鋁鋰合金及其制備方法，各元素質量分數為1~2%Cu，0.4~0.8%Ag，0.3~0.8%Mn，0.5~2%Mg，3~3.5%Li，密度為2.59g/cm³，抗拉強度為402MPa，伸長率為2.8%，彈性模量為77GPa。該專利通過添加Cu、Ag、Mn等重金屬元素來提高鑄造鋁鋰合金的強度，但是采用該方法，一方面不能最大限度的發揮鑄造鋁鋰合金低密度、高剛度、高比強度的優勢，另一方面，鋁鋰合金中添加Cu、Ag、Mn等重金屬會增大鋁鋰合金固液相區間，導致合金在凝固過程中容易形成縮松等缺陷，嚴重影響合金的力學性能。

另有中國專利CN107881371A公開了一種提高鑄造鋁鋰合金塑性的方法，主要通過添加Sc、Er、Zr、Yb等合金元素，在合金溶液中形成結構為L1₂型的Al₃M粒子，從而提高合金塑性，但是，該專利中添加Cu，反而會提高鋁鋰合金的密度，使鋁鋰合金原本低密度的優勢性能大打折扣。

發明內容

針對現有技術中鋁鋰合金低密度高強度的優勢性能不能兼顧的技術問題，本發明提供一種超輕高強鑄造鋁鋰合金及其制備方法，可以在進一步降低鋁鋰合金密度的同時，兼顧高強度。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種超輕高強鑄造鋁鋰合金，由以下質量百分比的組分組成：Li 2.5~3.5%，Mg5.2~9.2%，Zr 0.08~0.20%，Sc 0.08~0.30%，少量雜質元素且雜質元素總含量小于0.25%（雜質元素為Si、Fe、Na等），余量為Al。

所述的超輕高強鑄造鋁鋰合金的制備方法，包括以下步驟：

（1）、按照合金中各組分的質量百分比進行配料，將所配原料于真空+惰性氣體保護下熔煉，得到金屬液；所述真空+惰性氣體保護具體操作為：先抽真空，再送電熔化并通入惰性氣體至4000~5000Pa，該氣壓是根據Mg和Li的飽和蒸氣壓設定，在低于800℃時，Mg和Li的飽和蒸氣壓為2000Pa左右，本發明控制合金溶液熔化時的氣壓高于Mg和Li的飽和蒸氣壓，可有效防止Mg和Li的揮發，保持合金元素配比，有利于充分發揮合金性能。

（2）、當金屬液溫度達到715~740℃時，加入Al-Ti-B晶粒細化劑，并采用惰性氣體進行精煉5~10min，精煉結束后，于720~730℃靜置3~7min，隨后澆鑄成型，得到鑄錠；

（3）、將步驟（2）所得鑄錠依次進行單級固溶和單級時效熱處理，即得到所述超輕高強鑄造鋁鋰合金。

優選地，所述步驟（1）中，配料時所用原料為純Al，純Li，純Mg，Al-Zr10中間合金和Al-Sc2中間合金。