一种改善铝锂合金薄板耐损伤性能的热处理方法

摘要

本发明涉及一种提高Al-Cu-Li-X系铝锂合金薄板耐损伤性能的热处理方法，该方法适用的合金成分及重量百分比为：Cu2.0～5.0％，Li0.8～2.5％，微合金元素包括Mn0.20～0.60％，Zn0.20～0.80％,Zr0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80％，Ag0.1～0.7％中的任意1～5种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，其将冷精轧至最终厚度的薄板在一定温度下进行短时退火处理，然后进行固溶淬火以及后续的时效处理至所需要的状态。采取该工艺可以调控板材的组织性能特征，使板材在其他性能不变的前提下，耐损伤性能获得较大提高。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金薄板热处理技术，涉及Al-Cu-Li-X系铝锂合金薄板提高耐损伤性能的一种新型热处理方法。

背景技术

Al-Cu-Li-X系铝锂合金具有高比强度、高比刚度、高韧性以及优良的耐损伤性能，其薄板适合制造飞机蒙皮。由于机身蒙皮所需板材在宽度、尺寸均匀性、表面质量以及耐损伤性能方面都提出了很高要求，目前，受国内装备及技术水平限制，在Al-Cu-Li-X系宽幅薄板的制备过程如何实现尺寸均匀性与耐损伤性能的协调控制成为一个难题。固溶前较小的冷变形量可以保证耐损伤性能但是会影响宽幅板材尺寸均匀性，而较大的冷变形可获得较好的尺寸均匀性，但会在固溶时形成细小的再结晶组织，不利于耐损伤性能。

发明内容

本发明的目的是：提出一种Al-Cu-Li-X系铝锂合金薄板的新型热处理方法，采取该方法可以使铝锂合金薄板耐损伤性能获得较大提高。

本发明结合Al-Cu-Li-X系铝锂合金材料特性，系统研究了冷变形储能随退火温度的变化规律以及对固溶处理后组织性能的影响，在综合考虑合金板型、生产效率与成本、合金性能的前提下确定了一种新型的热处理方法，可使宽幅板材在经过较大的冷变形后仍具有良好的耐损伤性能，实现尺寸均匀与性能的协同控制。

本发明的技术方案是：一种改善铝锂合金薄板耐损伤性能的热处理方法，该方法适用的合金的成分及重量百分比为：Cu2.0～5.0％，Li0.8～2.5％，微合金元素包括Mn0.20～0.60％，Zn0.20～0.80％,Zr0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80％，Ag0.1～0.7％中的任意1～5种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。该方法适用的板材厚度范围0.8mm～4.0mm。其特征在于，将冷精轧至最终厚度的薄板在一定温度下进行短时退火处理，然后进行固溶淬火以及后续的时效处理至所需要的状态,其主要步骤为：

1.1、固溶处理前的短时退火：将冷精轧至最终厚度的薄板在空气炉内进行短时退火处理，退火温度400℃～480℃，保温时间0.5～1.5h；保温完毕后取出空冷至室温；

1.2、固溶处理：在空气炉或盐浴炉内进行固溶处理，固溶处理温度为495℃～525℃，保温时间15～60min；

1.3、预拉伸处理：固溶淬火后进行一定变形量的预拉伸，消除板材淬火变形，预拉伸变形的范围为0.5％～4.0％；

1.4、时效处理：将板材经人工或自然时效处理至所需的T3、T8状态。

1.4.1、T3状态：薄板经过2％～4％预拉伸校平后，室温放置至少96h后，得到T3状态；

1.4.2、T8状态：T3状态的合金经过二级人工时效得到T8状态，时效加热温度及保温时间110℃～130℃/10h～72h+145℃～170℃/6h～16h，室温空冷。

本发明的优点是：

1、得到一种提高Al-Cu-Li-X系铝锂合金薄板耐损伤性能的新型热处理方法。经本发明所处理的Al-Cu-Li-X系铝锂合金薄板其耐损伤性能具有较大提高，且不受固溶前冷轧变形量的影响。其主要原理是经过退火处理消除了部分由冷轧所带来的变形储能，使固溶处理后的组织变为部分再结晶组织，从而提高了合金的耐损伤性能。

2、采用本发明的成果可以在宽幅铝锂合金薄板制备过程中进行较大变形量的冷轧，在保证板材尺寸精度和均匀性的同时还具备优良的综合性能，提高了板材的制备效率和成品率。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。将一种具有不同固溶前冷轧变形量的Al-Cu-Li-X系铝锂合金薄板进行短时退火、固溶、时效处理，合金成分及重量百分比为：Cu2.0～5.0％，Li0.8～2.5％，微合金元素包括Mn0.20～0.60％，Zn0.20～0.80％,Zr0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80％，Ag0.1～0.7％中的任意1～5种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。退火温度400℃～480℃，随炉升温至规定温度，保温时间0.5～1.5h，然后取出空冷至室温；将经过对火处理的板材进行固溶处理，固溶处理温度为495℃～525℃，到温入炉，保温时间15～60min后室温水淬；固溶淬火后进行一定变形量的预拉伸，消除残余应力并校正板型，预拉伸变形的范围为0.5％～4％；将预拉伸处理后的板材按照所需状态进行自然时效或人工时效处理。

实施例

采用本发明所涉及的Al-Cu-Li-X铝锂合金热处理方法，分别对2.0、1.5mm以及1.2mm的三种规格冷轧薄板进行了退火+固溶+时效处理，将板材处理至T3状态，板材的固溶前冷轧变形量分别为35％、60％，测量板材的拉伸性能与da/dN性能，并与传统固溶工艺处理的T3状态性能进行比较，具体性能如表1所示。

表1本发明24个实施例及不同厚度板材对应的性能

综合表1的数据，充分说明采取本发明所提出的铝锂合金薄板热处理方法，可以在其他性能不变的前提下提高合金的耐损伤性能，而且固溶前冷变形量越大，效果越显著。