[發明專利]一種應力時效態高強鋁鋰合金的制備方法

有效

• 申請號: 202110175376.6
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112981284B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王俊升;楊興海;張明山;郭躍嶺
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C22F1/047;C22F1/057;C22C21/00;C22C21/08;C22C21/16;C22C21/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及一種應力時效態高強鋁鋰合金的制備方法，屬于鋁鋰合金熱處理技術領域。先將采用常規方法制備的鋁鋰合金在500℃～530℃下固溶處理0.5h～5h，然后沿軋制方向進行4％～10％的拉伸變形，最后在155℃～225℃以及160MPa～220MPa條件下時效7h～14h，之后空冷，得到應力時效態高強鋁鋰合金。本發明所述方法通過控制預變形量、熱處理中的應力場和溫度場分布，從而實現鋁鋰合金中的析出相種類、數量、大小分布的綜合調控，達到最佳值，從而大幅度提升鋁鋰合金的屈服強度和延伸率，而且該方法有效縮短了鋁鋰合金的熱處理時間，進而有效提高了生產效率并節省能源消耗。

技術領域

本發明涉及一種應力時效態高強鋁鋰合金的制備方法，屬于鋁鋰合金熱處理技術領域。

背景技術

鋁鋰合金中由于Li元素的加入使其密度下降，相對傳統鋁合金具有較好的比強度和比模量，是目前航空航天領域使用占比非常高的結構材料。例如第三代Al-Cu-Li系合金2050，其wt.％(Cu)/wt.％(Li)數值高于4，主要強化相是在時效過程中析出的T₁相(Al₂CuLi)和θ'相(Al₂Cu)，而δ'相(Al₃Li)與鋁基體成共格關系，存在共面滑移效應，對強度貢獻比T₁相低，需要在時效工藝中盡量生成T₁相。目前，鋁鋰合金板材的出廠狀態，主要是固溶熱處理后，自然時效態為主。因此，零部件制造廠需要使用人工時效，進一步提高其力學性能，但不同工藝的熱處理，很難將其屈服強度提高至600MPa以上(朱宏偉,陳永來,劉春立.2050鋁鋰合金形變熱處理工藝[J].宇航材料工藝,2019,49(02):46-49+58)。這很大程度上是因為沒有調控T₁相的數量、尺寸和分布到最佳狀態。另外，現有預變形+人工時效處理達到峰值時效的時間普遍在20h以上，極大地浪費了能源，并且屈服強度的提升有限。隨著航空航天產業的飛速發展，對鋁鋰合金這一結構材料的性能要求也進一步提高。所以開發新的熱處理工藝，最大程度地提升鋁鋰合金的性能，從而釋放出更大的實際應用價值。

發明內容

針對現有熱處理工藝技術提升鋁鋰合金性能存在的瓶頸，本發明提供了一種簡單可行的應力時效熱處理加工方法，通過控制預變形量、熱處理中的應力場和溫度場分布，從而實現鋁鋰合金中的析出相種類、數量、大小分布的綜合調控，達到最佳值，從而大幅度提升鋁鋰合金的屈服強度和延伸率。經過該方法熱處理后，鋁鋰合金屈服強度可達600MPa以上，并兼顧延伸率8％以上，而且明顯縮短了鋁鋰合金的熱處理時間，節約能源。

本發明的目的是通過以下熱處理技術方案實現。

一種應力時效態高強鋁鋰合金的制備方法，所述方法步驟如下：

按照鋁鋰合金中各元素的配比采用常規方法制備得到的鋁鋰合金，先加熱至500℃～530℃并保溫0.5h～5h完成固溶處理，然后將固溶處理后的鋁鋰合金沿變形方向進行變形量為4％～10％的拉伸，再將拉伸變形后的鋁鋰合金加熱至155℃～225℃，隨后對鋁鋰合金施加160MPa～220MPa的恒定應力，在155℃～225℃以及160MPa～220MPa條件下時效7h～14h，時效結束后空冷，得到應力時效態高強鋁鋰合金。

進一步地，所述鋁鋰合金的元素組成及各元素的重量百分數如下：Cu1.0％～5.0％，Li 0.5％～5.0％，Mg 0.3％～1.6％，Mn 0.3％～0.5％，Ag 0.0％～0.6％，Zn0.05％～0.5％，Zr 0.05％～0.2％，Fe≤0.08％，余量為Al。

進一步地，固溶處理過程中，優選以5℃/min～8℃/min的升溫速率將溫度升至500℃～530℃。

進一步地，拉伸過程中應變速率優選1×10^-4s^-1～1×10^-2s^-1。