[发明专利]一种AA2195铝锂合金的断续时效处理方法

说明书

本发明公开了一种AA2195铝锂合金的断续时效处理方法，包括如下步骤：将加热炉加热温度至505～530℃，将AA2195铝锂合金置于均温区，保温30～80min；保温结束后，进行淬火处理；然后将加热炉加热至160～180℃，将淬火后的AA2195铝锂合金置于均温区保温2～8h；保温完毕后再次进行淬火处理；再将经过淬火后的AA2195铝锂合金进行5％～20％的冷轧预变形；然后浸入40～65℃油浴，保温5～10天；将加热炉加热至160～180℃，将经过油浴保温后的AA2195铝锂合金置于均温区保温20～48h；保温完毕后炉冷至室温。本发明提供的工艺使得材料在预时效与自然时效阶段形成更多的强化相前驱体GP区，使得材料在后续人工时效过程后呈现Al2Cu与Al2CuLi的双峰分布，与T8的合金相比材料中出现了更多的Al2Cu，提高了材料强化相的平均尺寸，提高材料强度。

技术领域

本发明属于铝锂合金的热处理技术领域，尤其涉及一种AA2195铝锂合金的断续时效处理方法。

背景技术

在航空航天领域，材料减重具有重要的意义，锂元素是至今所发现最轻质的金属元素。发展至当今的第三代铝锂合金密度小，模量高，强度——韧性平衡性良好，耐损伤性能优良，加工成形性好。与常规铝合金相比减重效果更好，低温性能优良；与密度更低的复合材料相比抗拉强度更佳，在使用方面具更好的可继承性。目前已可用于航天器低温储箱，飞机机身直部段等部位。目前，铝锂合金已成为研究的重点领域。

作为代表性的第三代铝锂合金之一，AA2195合金具还有优良的可锻性、可焊性，优良的低温性能。AA2195合金中含有较多的微量元素，热处理强化的潜力较大，T1相(Al₂CuLi)与θ‘相(Al₂Cu)是其中最主要的强化相。各种热处理工艺主要围绕这两种强化相的调控展开。

提高铝锂合金常用的方法包括自然时效(T4)，变形后的自然时效(T3)，人工时效(T6)，带有预变形的人工时效(T8)。虽然T4，T3工艺可以很好地在工业生产中控制加工成本，但是其对材料的强化效果十分有限，强化相为与基体完全共格的Al3Li(δ’)与GP区，对位错的阻挡作用不强，抗拉强度只达400MPa，应用范围窄。T6热处理后的合金析出δ’、θ’、T1三种强化相，抗拉强度达536MPa，塑性相应下降到7.2％。该方法制造的合金中δ’相数量仍存在较多，消耗了Li元素，使得Li元素无法成核形成强化效果更好的T1相，仍有较大强化潜力。为进一步提高材料的强度，可采用T8热处理的方案，在人工时效之前引入预变形包括预拉伸及预冷轧，因为材料塑性限制，预拉伸只能达到12％，再往上可能会发生材料的失稳，为达到更高的材料强度可采用预冷轧。在时效前引入预变形可使材料强度上升至590MPa，该工艺在时效前引入了大量位错为T1相提供形核点，使处理后的合金中T1占据强化相的主导地位。但引入的大量位错在后续时效中发生回复，往晶界附近移动，使得晶界上析出了大量硬质板状T1相，应力更易在晶界上集中，引发破裂，进一步降低材料塑性。T6，T8热处理虽然可以带来材料强度上的提升，但同时也给材料的塑性带来了不可接受的下降。为了避免这种强度与塑性调控上的反相关系，可以往合金材料中添加稀土元素，加入的稀土元素作为微合金元素可以调控合金的析出，如Ce元素与Yb元素，但这种方式在性能上的改善有限，与之对应成本上的提升则让这种方式在工程实践上不受重视。另一方面断续时效只在热处理工艺上进行调控，同时提高了材料的强度与塑性，还很好地控制工艺制作成本，是一种低成本、高效率的新型形变热处理方案。

Lumley等人开发出了断续时效的工艺，其所用T6I6处理合金可得到与T6合金相当的塑性，而强度略有提升，T6I6处理后的合金与T8合金塑性一致，强度提升20MPa。叶等人在Lumley研究工作的基础上对2519合金进行了T9I6热处理，与T8合金相比强度与塑性均有明显提升，断续时效工艺已被证明对铝铜合金强塑性改善有明显作用。

发明内容