CN107964641A - 一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，该铝锂合金包括按重量百分比的组份：Cu1.8～2.8％，Li0.30～0.90％，Mg0.6～1.2％，微合金化元素Zr0.06～0.16％，Mn0.20～0.60％，Si≤0.05％，Fe≤0.06％，Ti≤0.15％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。其改进之处在于，将铝锂合金固溶淬火预拉伸后，在80～120℃下进行10～28h的低温长时时效后进行蠕变时效成形得到最终的析出相，欠时效态合金在蠕变过程中，强化相发生了二次析出，这使得欠时效态合金的抗蠕变性能大大优于峰时效态合金。

Description

一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种铝锂合金热处理工艺，具体为涉及一种提高铝锂合金蠕变成 形性能的工艺。
背景技术
航空、航天领域普遍使用高比强、高比模、优良断裂韧度等具有高综合性能 的材料并结合大规格材料进行整体制造的方式来满足低成本、长寿命、高可靠性 需求，已经成为当前的趋势。具有高的强度、韧性和损伤容限，并且拥有良好的 蠕变变形能力适合时效成形的Al-Cu-Li-X系铝锂合金受到青睐。时效成形过程 是提高合金的综合性能的重要方法之一，在热-力耦合环境下材料会发生变形及 组织演变，调控合金在蠕变成形过程中的析出相来实现提高合金的综合性能的目 的。
发明内容
本发明提供了一种针对铝锂合金产品整体时效成形的需求，通过淬火预拉伸 后的低温长时处理并结合后续的时效的成形工艺，以促进合金中析出相均匀析出， 并调整晶界组态，使合金的综合性能获得较大提高。
实现本发明目的技术方案如下：
本发明的技术方案是：一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理工艺，该工 艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu1.8～2.8％，Li0.30～0.90％， Mg0.6～1.2％，微合金化元素Zr0.06～0.16％，Mn0.20～0.60％，Si≤0.05％，Fe≤0.06％， Ti≤0.15％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
其特征在于，将铝锂合金固溶淬火预拉伸之后，在80～120℃下进行10～28h 的低温长时时效，在晶内形成大量均匀弥散分布的原子团簇，产生欠时效的效果， 然后进行蠕变时效成形得到最终的析出相，欠时效态合金在蠕变过程中，强化相 发生了二次析出，这使得欠时效态合金的抗蠕变性能大大优于峰时效态合金，并 调整晶界组态，可以使合金的综合性能获得较大提高。其制备步骤为：
1.1、固溶处理：在空气炉或盐浴炉中进行固溶处理，加热温度470℃～530℃， 保温时间为最大截面厚度(t)mm×(3.0～10.0)min/mm。然后将合金进行室温水淬 火；
1.2、预拉伸：将淬火后的合金在预拉伸机上预拉伸，预拉伸变形量2.5～7％；
1.3、低温长时处理：将淬火后的合金在热处理炉中进行低温长时处理，温 度80～120℃，保温时间10～28h；
1.4、蠕变时效成形处理：将板材加工成零件，将通过机械加载或者真空吸 附等方式固定，板材在进行140～180℃时效成形，保温时间：10～20小时。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明提供的技术方案工艺简单，工业化可实施性强；
2、本发明提供的时效成形过程综合效果显著。采用本发明所述方法使铝锂 合金蠕变成形后的综合性能获得了较大提高。
附图说明
图1为经实施例一中方案处理后板材微观组织与未经深冷处理板材微观组 织HAADF-STEM图像；
其中，(a)为本发明实施例1的试样，(b)为未经低温长时处理的铝合金试样。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明提供的技术方案作进一步详细说明，但本发明 并不局限于下述实施例。
实施例一
将含按重量百分比计的：Cu2.8％，Li0.9％，Mg0.45％，Mn0.40％，Zr0.12％，Ti0.06％，Si0.05％，Fe0.05％，余量为Al，厚度为80mm的热轧铝锂合金板材进 行固溶处理，温度535℃，保温时间5h，室温水喷淋淬火。将淬火后的板材预拉 伸4.5％后，再于80℃下保温20h的低温长时时效；然后将经上述时效处理的铝 合金板材加工成零件，用机械加载或者真空吸附方式固定所得的铝锂合金板材在 180℃下保温10小时进行蠕变时效。
测量经上述处理的试样的拉伸、断裂性能、疲劳裂纹扩展速率性能、微观组 织，并与未经低温长时处理的铝锂合金板材相比，结果列于表1，图1所示，其 中，(a)为本发明实施例1的试样，(b)为未经低温长时处理的铝合金试样。
所测结果对比说明，经本发明的方法处理后，合金时效成形后的强度、断裂 韧度性能、疲劳裂纹扩展速率性能分别获得了提高，且晶内析出相均匀弥散，经 过低温长时时效后的组织更为均匀细小。
表1 本发明实施例1的方法处理前后性能比较
实施例二
对含按重量百分比计的下述组份的合金为：Cu2.6％，Li0.85％，Mg0.41％，Mn0.38％，Zr0.12％，Ti0.06％，Si0.05％，Fe0.05％，余量为Al，厚度为80mm 的铝锂合金板热轧进行固溶处理，温度535℃，保温时间5h，室温水喷淋淬火。 将淬火后的板材预拉伸4.5％，在进行100℃，保温16h的低温长时时效；然后加 工成零件，将零件通过机械加载或者真空吸附等方式固定，板材在进行160℃蠕 变时效成形，保温时间：16小时：测量时效成形后的性能并与未经低温长时处 理的进行比较，如表2所示。
可以发现通过本发明的方法处理后，合金时效成形后的强度、断裂韧度性能、 疲劳裂纹扩展速率性能获得提高。
表2 本发明实施例2的方法处理前后性能比较
实施例三
采用本发明所涉及的改善铝锂合金综合性能的方法，对合金成分及重量百分 比为：Cu2.8％，Li0.90％，Mg0.45％，Mn0.35％，Zr0.12％，Ti0.06％，Si0.05％， Fe0.05％，余量为Al，厚度为80mm的热轧板材进行固溶处理，温度535℃，保 温时间5h，室温水喷淋淬火。将淬火后的板材预拉伸5.5％，在进行120℃，保 温10h的低温长时时效；然后加工成零件，将零件通过机械加载或者真空吸附等 方式固定，板材在进行170℃蠕变时效成形，保温时间：12小时：测量时效成形 后的性能并与未经低温长时处理的进行比较，如表3所示。
可以发现通过本发明的方法处理后，合金时效成形后的强度、断裂韧度性能、 疲劳裂纹扩展速率性能获得提高。
表3 本发明实施例3的方法处理前后性能比较

Claims (10)

1.一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，所述铝锂合金含按重量百分比的下述组份：Cu 1.8～2.8％，Li 0.30～0.90％，Mg 0.6～1.2％，微合金化元素Zr 0.06～0.16％，Mn 0.20～0.60％，Si≤0.05％，Fe≤0.06％，Ti≤0.15％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al；其特征在于，将将所述铝锂合金固溶淬火预拉伸之后，在80～120℃下进行10～28h时效。
2.权利要求1的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，
1.1、固溶处理：于470℃～535℃下，在空气炉或盐浴炉中固溶处理所述铝锂合金，按如下所示时间保温：
最大截面厚度(t)mm×(3.0～10.0)min/mm；然后将所述合金进行室温水淬火；
1.2、预拉伸：将淬火后的合金在预拉伸机上预拉伸至2.5～7％的变形量；
1.3、低温长时处理：于80～120℃下，将淬火后的所述合金在热处理炉中进行10～28h保温处理；
1.4、蠕变时效成形处理：将低温长时处理的铝合金制得的板材用机械加载或者真空吸附等方式固定板材，在140～180℃下进行10～20小时时效成形。
3.如权利要求1所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，所述铝锂合金中，Cu：2.0％。
4.如权利要求1所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，所述铝锂合金中，Li：0.30％。
5.如权利要求1所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，所述铝锂合金中，Mg：0.9％。
6.如权利要求1所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，所述铝锂合金中，Li：0.9％。
7.如权利要求1所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，Mg：0.6％。
8.如权利要求2所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，于500℃下固溶处理。
9.如权利要求2所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，低温长时处理：于90℃下，将淬火后的所述合金在热处理炉中进行10～28h保温处理。
10.如权利要求2所述的一种改善铝锂合金蠕变成形性能的热处理方法，其特征在于，蠕变时效成形处理：在140℃下进行20小时时效成形。
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