一种喷射成形铝锂合金的热处理方法

1.本发明属于铝锂合金的热处理技术领域，尤其涉及一种喷射成形铝锂合金的热处理方法。


背景技术：

2.随着我国航空航天事业的发展，材料减重已成为科技人员永恒不变的追求目标。而锂元素是迄今为止发现的最轻质的金属元素，在铝合金中添加1％的锂，可使合金密度下降3％，弹性模量增加6％，故铝锂合金的研究一直备受关注。目前铝锂合金已发展到第三代，密度小，模量高，强韧性匹配良好，低各向异性，并兼具良好的抗应力腐蚀性能和机械加工性能，比复合材料和传统铝合金具有更显著的竞争力，在航空航天、轨道车辆和电子封装等领域表现出广阔的应用前景。
3.目前铝锂合金的制备工艺主要是传统半连续铸造法，但熔炼铸造技术存在偏析严重、心部晶粒粗大等问题。为了改善这些问题，喷射成形制备法应运而生，其基本过程是将液态金属在受保护性气体中雾化，形成液滴喷射流，经过飞行冷却，在半固态时沉积在收集器上，形成锭坯。采用先进的喷射沉积法得到的合金锭坯氢含量低、成分均匀、无宏观偏析、晶粒细小均匀。
4.铝锂合金中一般添加其他微量元素，可析出δ
′
(al3li)相、t1(al2culi) 相、θ
′
(a12cu)相、s
′
(al2cumg)相、tb(al
7.5
cu4li)和σ(al5cu6mg2)相等强化相，其中t1相(al2culi)与θ
′
相(al2cu)是最主要的强化相。由于t1相是片状脆性相，分散共面滑移的效果不大，当强化相只有t1相时，将给材料的塑性带来了明显的下降，因此，研究喷射成形铝锂合金的热处理工艺具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于改善现有技术的不足，提出了一种喷射成形铝锂合金的热处理方法。本发明通过适当的预拉伸处理，一方面使合金产生加工硬化，使后续的强度在一个较高的起点开始；另一方面，预拉伸可引入大量的位错或位错缠结，为接下来时效过程t1(al2culi)相和θ
′
(al2cu)相的形核提供优越的位置，增加t1相和θ
′
相的析出密度，避免t1(al2culi)相占绝对主导地位，提高合金的强塑性。
6.一种喷射成形铝锂合金的热处理方法，包括如下步骤：
7.步骤一：固溶处理：将加热炉加热至505～515℃，将铝锂合金置于所述加热炉均温区，保温时间为1～3h；
8.步骤二：淬火：保温结束后，迅速将所述铝锂合金放入室温水中进行水淬；
9.步骤三：预变形：采用拉伸机对经过步骤三处理后的铝锂合金进行3～8％的拉伸冷变形处理；
10.步骤四，人工时效：将加热炉加热至165～175℃，将经过步骤三处理后的铝锂合金置于所述加热炉均温区保温15～30h；保温完毕后，取出空冷至室温。
11.作为本发明的进一步说明，所述铝锂合金的元素组成如下：cu 3.7～4.3％， li 0.8～1.2％，mg 0.25～0.80％，ag 0.25～0.60％，zr 0.08～0.16％，fe≤0.15％， si≤0.12％，不可避免杂质≤0.15％，余量为al。
12.作为本发明的进一步说明，所述铝锂合金为合金板材。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
14.本发明采用的合金为喷射成形法制备的铝锂合金，经热挤压后合金致密度提高，使得合金具有高塑性。常规的t6单级时效析出σ(al5cu6mg2)相，掠夺了 cu原子，使得t1相和θ
′
相体积分数降低，达不到良好的力学性能。拉伸冷变形处理大幅度增加晶粒内部的位错密度，为t1相和θ
′
相的非均匀形核提供优越的位置，抑制了立方σ相的析出，使得更多t1和θ
′
强化相在时效工艺中细小均匀分布，晶界析出相断续分布，达到良好的析出效果，从而提高了合金的综合性能。
具体实施方式
15.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
16.实施例1：
17.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：cu 3.89％，li 1.01％，mg 0.47％，ag 0.31％，zr 0.12％，fe 0.04％，si 0.06％，余量为al的喷射成形板材进行固溶处理，固溶温度510℃，保温2h，保温结束后进行水淬，转移时间限制在10s内，至合金淬透。采用拉伸机对淬火后的合金进行拉伸冷变形，变形量为4％，之后进行时效处理，时效温度165℃，保温27h。保温完毕后，取出空冷至室温。热处理结束后，对材料进行拉伸试验，拉伸测试按照gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验》进行，拉伸速率为3mm/s，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率，测试结果如表1所示。
18.实施例2：
19.利用与实施例1相同合金成分的喷射成形铝锂合金板材，对其进行固溶处理，固溶温度为510℃，保温2h，保温结束后进行水淬，转移时间限制在10s内，至合金淬透。采用拉伸机对淬火后的合金进行拉伸冷变形，变形量为6％，之后进行时效处理，时效温度175℃，保温18h。保温完毕后，取出空冷至室温。热处理结束后，对材料进行拉伸试验，拉伸测试按照gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验》进行，拉伸速率为3mm/s，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率，测试结果如表1所示。
20.对比例1：
21.利用与实施例1相同合金成分的喷射成形铝锂合金锭坯，对其进行固溶处理，固溶温度为510℃，保温2h，保温结束后进行水淬，转移时间限制在10s内，至合金淬透。时效工艺为常规单级时效处理，时效温度为175℃，时效时间为24h。保温完毕后，取出空冷至室温。热处理结束后，对材料进行拉伸试验，拉伸测试按照gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验》进行，拉伸速率为3mm/s，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率，测试结果如表1所示。
22.对比例2：
23.利用与实施例1相同合金成分的喷射成形铝锂合金板材，对其进行固溶处理，固溶温度为510℃，保温2h，保温结束后进行水淬，转移时间限制在10s内，至合金淬透。采用拉伸
机对淬火后的合金进行拉伸冷变形，变形量为4％，之后进行时效处理，时效温度185℃，保温9h。保温完毕后，取出空冷至室温。热处理结束后，对材料进行拉伸试验，拉伸测试按照gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验》进行，拉伸速率为3mm/s，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率，测试结果如表1所示。
24.对比例3：
25.利用与实施例1相同合金成分的喷射成形铝锂合金板材，对其进行固溶处理，固溶温度为510℃，保温2h，保温结束后进行水淬，转移时间限制在10s内，至合金淬透。采用拉伸机对淬火后的合金进行拉伸冷变形，变形量为12％，之后进行时效处理，时效温度165℃，保温20h。保温完毕后，取出空冷至室温。热处理结束后，对材料进行拉伸试验，拉伸测试按照gb/t 228.1-2010《金属材料拉伸试验》进行，拉伸速率为3mm/s，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率，测试结果如表1所示。
26.从上述实例中可以看出t8时效热处理工艺应用于喷射成形制备的铝锂合金，可获得抗拉强度超过580mpa的高力学性能。时效前预变形引入大量位错增加 t1强化相的形核质点，抑制立方σ相析出，提高t1和θ
′
强化相的体积分数。预变形量较大时则不利于进一步提高力学性能，这是由于更大的预变形量会引入更高密度的位错，使形核的t1相彼此间存在对溶质元素的竞争，这种彼此间的竞争作用使每个t1相都无法长到更大尺寸，而是保持尺寸的相对均匀性。同时， t1相的密集析出在溶质元素上与其它析出相也存在竞争，从而抑制了其它相的形核与长大，从而不利于提高合金的综合性能。因此通过调整预变形量和时效处理可获得合金优良的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
27.表1实施例与对比例之间的力学性能对比
28.实验名称抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％)实施例15905658.6实施例25815587.4对比例15234826.7对比例25685246.8对比例35535336.5