[發明專利]一種高強度耐損傷鋁鋰合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110412605.1
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113215423B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 肖代紅;劉文勝;吳名冬;黃蘭萍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C21/14;C22C21/16;C22C21/18;C22F1/057;B21C37/02
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 劉向丹

本發明公開了一種高強度耐損傷鋁鋰合金及其制備方法和應用，包括下述的步驟：獲得包含按質量百分比計的下述元素的原料：Li：0.7～1.2％，Cu：3.5～4.0％，Zn：0.1～0.5％，Mg：0.5～1.0％，Ag：0.2～0.5％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.1～0.2％，Fe≤0.08％，Si≤0.08％，余量為Al，其中Cu與Li的總量4.0～5.5％，Cu與Li質量比2.9～5.0；將原料經熔煉鑄造成鑄錠，再將鑄錠退火、熱軋、中間退火、冷軋制成板材，然后再經過固溶淬火、預變形和時效處理，得到所述高強度耐損傷鋁鋰合金。本發明制得的鋁鋰合金及其薄板材具有低密度、高室溫強度、低疲勞裂紋擴展速率、耐剝落腐蝕等綜合力學性能。

技術領域

本發明屬于鋁合金材料制備與加工技術領域，尤其涉及一種高強度耐損傷鋁鋰合金及其制備方法和應用。

背景技術

高比強度、高比剛度、低疲勞裂紋擴展速率的先進輕金屬材料是減輕飛機結構重量、降低結構重量系數的主要措施之一。經驗表明，材料密度降低10％，大體上可實現飛機結構減重10％；而材料力學性能(如：強度)提高10％，只能實現結構減重1％～3％左右。因此，研制高比強度、高比剛度、低疲勞裂紋擴展速率的輕合金材料，是實現飛機等交通運載工具結構重量降低最有效的方法。采用耐久性/損傷容限設計，在設計使用載荷/環境譜下，按照損傷容限設計的飛機結構，在給定的不修理使用期內，應使因未能查出的缺陷、裂紋和其他損傷的擴展而造成運載工具失效概率減至最小，以保證結構安全。為此，需要輕質材料具備更好的耐疲勞抗斷裂能力。

在鋁合金中每添加1wt％Li，可使合金密度降低3％，彈性模量提高6％，而且具有較好的固溶強化效果。因此，鋁鋰合金具有低密度、高比強度和比剛度、優良的低溫性能和耐腐蝕性以及良好的超塑性等優點。用鋁鋰合金取代常規的鋁合金可使結構質量減輕10％～15％，剛度提高15％～20％，是一種理想的航空航天結構材料。但現有的鋁鋰合金存在強度與耐損傷性能難以協同的問題。隨著高性能交通運輸裝備對輕量化鋁合金材料提出的照損傷容限設計更高要求，需要研制出具有低密度高強度低疲勞裂紋擴展速率的鋁合金材料。

目前成功應用于飛機的耐損傷抗疲勞裂紋擴展的鋁鋰合金薄板材典型材料是2060與1420等鋁鋰合金，其中2060鋁鋰合金系第三代高強Al-Cu-Li系合金，而1420是中強可焊的Al-Mg-Li系合金。1420鋁鋰合金盡管具有低密度(密度2.52g/cm³)與較好的焊接性能，但其屈服強度低于400MPa。而2060鋁鋰合金的屈服強度盡管能達到420MPa以上，但其密度大于2.71g/cm³，在R＝0.1、ΔK＝30MPa·m^1/2時的疲勞裂紋擴展速率da/dN大于1.8×10^-3mm/cycle。為了獲得更好的低密度高強抗疲勞裂紋擴展的鋁鋰合金材料，需要從合金的成分與組織方面進行綜合協同調控。本發明即是基于此提出的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種高強度耐損傷鋁鋰合金及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種高強度耐損傷鋁鋰合金的制備方法，包括下述的步驟：

獲得包含按質量百分比計的下述元素的原料：Li：0.7～1.2％，Cu：3.5～4.0％，Zn：0.1～0.5％，Mg：0.5～1.0％，Ag：0.2～0.5％，Mn：0.1～0.3％，Zr：0.1～0.2％，Fe≤0.08％，Si≤0.08％，余量為Al，其中Cu與Li的總量4.0～5.5％，Cu與Li質量比2.9～5.0；

將原料經熔煉鑄造成鑄錠，再將鑄錠退火、熱軋、中間退火、冷軋制成板材，然后再經過固溶淬火、預變形和時效處理，得到所述高強度耐損傷鋁鋰合金。