[发明专利]一种铝锂合金双级连续时效处理方法

说明书

一种铝锂合金双级连续时效处理方法。本发明属于铝合金加工技术领域，涉及铝锂合金的双级连续时效热处理方法。所述铝锂合金的时效工艺的主要特点是在温度连续变化的过程中对铝合金进行时效处理，在这一过程中，该工艺包含在2个连续变温区间进行不同的升温速率，通过时效析出的特点与温度区间和升温速率的合理控制，以及减弱位错回复的影响，显著的提高了合金的拉伸性能。该双级连续时效工艺在提高铝锂合金性能的同时，缩短了时效工艺时间、降低能源消耗，提高了生产效率，能有效满足目前对高综合性能铝锂合金的需求。

技术领域

本发明属于铝合金加工技术领域，涉及铝锂合金的双级连续时效热处理方法。

技术背景

Li作为最轻的金属元素，在铝合金中每添加1％Li，可使合金密度下降3％，弹性模量增加6％。相比于传统的铝合金，Al-Li合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高断裂韧性，良好的耐腐蚀性能等优点，同时铝锂合金要比复合材料在减轻飞机重量，降低生产成本方面更具备优势，使其在航空航天领域具有广泛的应用前景。例如空客、波音及中国商飞在其最新生产的商用客机上采用了铝锂合金构件，较好的达到了减重的目的。

时效析出强化是铝合金获得良好性能的关键，因此对时效工艺的调控十分重要。铝锂合金常规的时效处理工艺为变形等温处理，即在固溶后施加一定程度的预变形后在某一恒定的温度下保温一段时间来获得一定数量、尺寸和分布的析出相以实现合金的强化(Metallurgical Transactions A,1991,22(2):299-306.)，然而温度的单一其往往存在析出相的演变单一、可控性差，导致性能难以控制。多级时效工艺通过先低温后高温的时效方式(120℃/12h+150℃/48h)对析出相的调控增加，虽然使综合性能增加，但也存在时效工艺复杂和时效时间偏长的不足(Materials Characterization,2018,141:163–168)。近来在Al-Zn-Mg-Cu合金中，Liu等(MaterialsDesign,2014,60:116-124.)通过对时效过程升温速率(100℃至160-220℃，20-80℃/h)的控制，发现(100–180℃，20℃/h)能增加合金的综合性能同时显著减少了时效的时间。中国专利(专利号CN 102400068A)公开了一种7xxx系铝合金的非等温时效工艺，发现变温速率越缓慢，效果越佳，特别是冷却速率小时发生合金的二次析出是其性能改善的关键，但在降温过程中，一方面过饱和溶质原子增加使析出驱动力增加；另一方面原子扩散速率降低导致析出速度降低，因此该过程析出机制复杂而难以调控。同时降温过程高的初始温度以长大为主而抑制形核，后续的二次析出将使合金析出相的均匀性降低而对其性能不利。相关的进一步研究时效过程中冷却率(140-220℃至100℃，5-80℃/h)对析出相及性能的影响，表明高的起始温度(200℃)和慢的冷却速率(20℃/h)能使析出相长大和新的析出相形成而使其均匀性下降，特别是析出相在长轴方向平均值的差异达到了33nm，性能显著降低(MaterialsDesign,2014,57:79-86.)。Peng等(Materials ScienceEngineering A,2017,688:146–154)采用连续单一的升温(40℃/h)和降温(20℃/h)过程，也发现降温过程虽然使强度增加但塑性则发生显著下降。这些研究都在一定程度上表明了连续变温时效处理对Al合金性能改善的可行性和潜力，但也存在一定局限性。

随着航空航天工业的快速发展，对铝锂合金的需求日益广泛，开发新型的时效工艺以充分发挥合金的潜能，对铝锂合金性能的调控和未来应用具有十分重要的意义。李劲风等提出了一种铝锂降温T8时效方式，即160℃以0.6℃/h均匀降温至145℃进行降温时效，之后于145℃等温时效，虽然相比于T8等温时效处理能在保持塑性的同时增加合金的强度，但此时强度增加不明显(50MPa)且时效时间偏长(40h)(稀有金属材料与工程,2017,46(1):183-188)。针对现有铝锂时效工艺的不足和基于上述探究，本发明结合时效参数(预变形、多温度区间和多加热速率)与时效析出的状态的关系，提出一种工艺简单且能显著提高合金性能且明显缩短时效时间的双级连续时效工艺。

发明内容