一种改善铝锂合金耐腐蚀性能的热处理工艺

摘要

本发明一种改善铝锂合金耐腐蚀性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 2.4～4.5％，Li 1.2～1.8％，微合金化元素Mg 0.2～0.8,Zn 0.1～0.8，Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag 0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。其特征在于，将铝锂合金厚板进行固溶淬火，然后进行大变形量的预拉伸；采取多级时效工艺实现晶内及晶界析出相的调控，使合金保持其他力学性能不变的同时，提高厚板的耐腐蚀性能。本工艺适用于航空、航天领域所用的铝锂合金厚板、薄板及挤压材。

说明书

技术领域

本发明属于铝锂合金热处理技术，具体为一种可改善铝锂合金耐腐蚀性能的热处理工艺。

背景技术

铝锂合金由于具有较低的密度、较高的比强度和比刚度获得了航空航天领域的关注。其中第三代铝锂合金(Al-Cu-Li-X系)由于具有较高的强度、良好的断裂韧度以及较低的各向异性，在航空航天领域获得了广泛应用。与传统铝合金相比，铝锂合金的板材一般不进行表面包铝处理，而是采用“裸材”直接使用，这就对铝锂合金的耐蚀性能提出了很高的要求。在众多研究表明，Al-Cu-Li-X系合金中的主要析出相δ′、θ′以及T₁相在腐蚀时都作为阳极溶解相，其中δ′相电极电位最低，θ′相次之，T₁相电极电位最高。因此，铝锂合金的耐蚀性能与这些相的类型及分布方式密切相关，当主要析出相为δ′相并且在晶界连续分布时，合金的耐腐蚀性能最差，当主要析出相为T₁相，并且在晶内、晶界均匀分布时，合金具有较好的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是：提出一种改善铝锂合金耐腐蚀性能的热处理工艺，通过该方法，可使铝锂合金厚板、薄板及挤压材在其他力学性能不降低的同时，耐腐蚀性能获得较大提高。

本发明的技术方案是：一种改善铝锂合金耐腐蚀性能的热处理工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：主合金化元素Cu 2.4～4.5％，Li 1.2～1.8％，微合金化元素Mg 0.2～0.8,Zn 0.1～0.8，Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％，Sc 0.05～0.35％，Ag 0.1～0.9％中的任意1～4种，Si≤0.10％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。

其制备步骤为：

1.1、固溶处理：在空气炉中进行固溶处理，加热温度495℃～535℃，保温时间为最大截面厚度(t)mm×(4.5～10.0)min/mm。然后将合金进行室温水淬火；

1.2、预拉伸处理：将淬火后的合金在拉伸机上进行预拉伸处理，拉伸变形量4.0～8.0％；

1.3、时效处理：将预拉伸后的合金进行多级人工时效处理，各级之间采取连续升温方式完成：

1.3.1第一级人工时效工艺：加热温度110℃～135℃，保温时间8～26h，该温度下可使室温析出的δ′相回溶，同时促进T₁相在晶内、晶界的均匀析出；

1.3.2第二级人工时效工艺：加热温度140℃～165℃，保温时间6～20h，该温度下可促使T₁析出相在晶内及晶界进一步析出及均匀长大。

本发明的优点是：本发明针对影响铝锂合金耐腐蚀性能的两个关键因素：析出相类型及析出相分布方式，本发明通过淬火后的预拉伸来增加合金晶内的位错密度，结合多级时效工艺来调整析出相的类型及分布，使合金由局部腐蚀改变为均匀腐蚀，从而改善合金的耐腐蚀性能。本发明的所有步骤都是铝锂合金制备过程中的必须程序，工艺简单可行，工艺窗口较大，工业化可实施性强。

附图说明

图1是本发明经535℃/5h固溶淬火+5.6％的预拉伸后板材的DSC曲线。

具体实施方案

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于下述实施例。

实施例一

采用本发明所涉及的改善铝锂合金耐腐蚀性能的方法，所对应的合金成分及重量百分比为：Cu 2.60％，Li 1.68％，Mg 0.43％，Zn 0.50％，Mn 0.42％，Zr 0.11％，Ti 0.06％，Si 0.06％，Fe 0.08％，余量为Al，厚度为50mm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。淬火后板材进行5.6％的预拉伸，然后根据图1的DSC曲线，确定一级时效工艺为125℃/20h，二级时效工艺为145℃/10h，测量板材的拉伸、断裂性能以及晶间、剥落一级抗应力腐蚀性能(C环)并于传统的小拉伸、单级时效工艺处理的板材相比，结果如表1所示。

可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度基本相当，耐腐蚀性能获得显著提高。

表1本发明的方法处理前后性能比较

实施例二

采用本发明所涉及的改善铝锂合金耐腐蚀性能的方法，对合金成分及重量百分比为：Cu 4.01％，Li 1.52％，Mg 0.41％，Zn 0.48％，Mn 0.38％，Zr 0.08％，Ti 0.08％，Si 0.03％，Fe 0.03％，余量为Al，厚度为4.0mm的冷轧板材进行固溶处理，温度525℃，保温时间1.5h，室温水喷淋淬火。淬火后板材进行4.5％的预拉伸变形，然后进行120℃/14h+150℃/16h的人工时效处理，并与经过传统小拉伸(3％)，单级时效(145℃/28h)处理后板材的性能进行比较，如表2所示。

可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度、断裂韧度基本相当，耐腐蚀性能获得显著提高。

表2本发明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变形产品抗应力腐蚀性能的方法对合金成分及重量百分比为：Cu 2.80％，Li 1.80％，Mg 0.35％，Zn 0.60％，Mn 0.40％，Zr 0.11％，Ti 0.06％，Si 0.03％，Fe 0.06％，余量为Al，最大截面厚度为6mm的挤压型材进行固溶处理，加热温度538℃，保温时间1h，淬火后型材进行5.0％的预拉伸，并进行115℃/20h+160℃/6h的人工时效，测量型材的拉伸及腐蚀性能，并与经过相同的固溶小变形量预拉伸(2.1％)及单级时效处理后的型材的性能进行比较，如表3所示。

可以发现通过本发明的方法处理后，合金的强度基本相当，耐腐蚀性能获得显著提高。

表3本发明的方法处理前后性能比较