阅读说明：本技术 一种铝锂合金厚板均质细晶的加工成型方法 (Processing and forming method of aluminum-lithium alloy thick plate homogeneous fine grains ) 是由 王海军 张帅 万东海 杨贵生 李向东 代坤义 赵晓光 张明桥 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：一种铝锂合金厚板均质细晶的加工成型方法,步骤(1)合金铸锭退火(2)定向快锻开坯(3)热轧制成型。本发明通过短时间内的大变形量,完全破碎铸态组织中大量树枝晶和等轴粗晶,获得细小且均匀的晶粒组织并减少气孔、疏松等冶金缺陷；然后采用低温轧制和高温轧制结合的工艺方法进而制备出各方向的组织和晶粒细小均匀的厚板,通过细晶强化方法同时提高材料强度和塑韧性,明显减少铝锂合金各向异性问题,制备出各方向的组织和晶粒细小均匀的厚板,提高材料强韧性,并减小铝锂合金各向异性问题并有效减小铝锂合金各向异性问题,满足制造航天航空用60mm以上大厚规格铝锂合金制件的要求。(A processing and forming method of aluminum-lithium alloy thick plate homogeneous fine grains comprises the steps of (1) alloy ingot casting annealing, (2) directional fast forging and cogging, and (3) hot rolling and forming. According to the invention, a large amount of dendrites and equiaxed coarse crystals in the as-cast structure are completely crushed by a large deformation in a short time, so that a fine and uniform grain structure is obtained, and metallurgical defects such as pores and porosity are reduced; and then, a process method combining low-temperature rolling and high-temperature rolling is adopted to prepare thick plates with fine and uniform tissues and grains in all directions, the strength and the plastic toughness of the material are improved by a fine grain strengthening method, the problem of the anisotropy of the aluminum lithium alloy is obviously reduced, the thick plates with fine and uniform tissues and grains in all directions are prepared, the toughness of the material is improved, the problem of the anisotropy of the aluminum lithium alloy is reduced, the problem of the anisotropy of the aluminum lithium alloy is effectively reduced, and the requirement for manufacturing large-thickness aluminum lithium alloy parts with the thickness of more than 60mm for aerospace is met.)

一种铝锂合金厚板均质细晶的加工成型方法

技术领域

本发明属于金属材料工程领域，具体涉及一种铝锂合金厚板均质细晶的加工成型方法。

技术背景

铝锂合金是指添加Li作为主要合金元素的铝合金，由于锂元素的加入而获得低密度、高模量的特性。作为一种可替代复合材料、镁合金、2系/7系高强铝合金制造航天航空飞行器部分轻量化结构件的轻质合金材料，在高铁、舰船等追求轻量化的领域也存在巨大应用前景。

目前国外第三代铝锂合金已有20多种牌号实现规模化应用，配套的轧制、挤压、锻造等成型加工技术非常成熟，已经形成等同于常规铝合金的“熔炼-铸锻-加工”完整体系。在航天航空领域，国外已经大量采用成熟的第三代铝锂合金替代传统2系/7系高强铝合金以及高成本复合材料、耐腐蚀性差镁合金，通过在军用飞机和民用客机的机身蒙皮、框架、下腹装甲板、地板梁等以及航天飞行器的燃料贮箱、载荷舱外壳等轻量化结构件制造中应用铝锂合金材料来获得更好的减重、降成本和提寿命的效果。

国内当前铝锂合金研发主要集中在西南铝业、北京航空材料研究院、北京有色金属研究总院等单位，以中南大学、西北工业大学为代表的众多高校也开展了大量铝锂合金的基础研究，涉及熔炼工艺、铸锻工艺、加工工艺、热处理、激光焊接及耐蚀性等多个方面。由于国外对铝锂合金制备加工技术的封锁以及国内在铝锂合金基础研究方面仍相对落后，使得我国在高端装备用铝锂合金关键制备加工技术方面还存在大量亟需解决的技术瓶颈和问题，铝锂合金成品率低且性能不稳定。目前国内仅有西南铝业有限责任公司通过产学研合作模式研制生产少量铝锂合金且年产量不足100吨，造成铝锂合金材料严重依赖进口的困境。

发明内容

针对上述技术背景，本发明提出了一种铝锂合金材料厚板均质细晶的加工成型方法，提高材料强韧性同时大幅度减小铝锂合金各向异性问题，满足制造航天航空等领域轻量化结构件的60mm以上大厚规格铝锂合金要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种铝锂合金厚板均质细晶的加工成型方法，步骤如下：

第一步:合金铸锭退火：将铸锭毛坯按照≤120℃/h控速升温加热至400~430℃，保温3h~12h，然后继续升温至470~500℃，保温至少24h后，随炉冷却至180℃以下再出炉空冷；

第二步: 定向快锻开坯:将退火后的铸锭沿着轴向方向（铸锭浇注凝固方向）快速定向墩粗，然后快锻拔长成型为方坯；其中始锻温度不低于370℃，终锻温度不低于340℃，始锻终锻温度差不超过30℃；开坯墩粗速率为65~200mm/s，快锻频次为每分钟50~80次；墩粗或拔长锻造比2~4；锻后空冷至室温再表面光白；

第三步: 热轧制成型：将定向快锻开坯后的方坯先进低温轧制，开轧温度不高于320℃，轧制变形量不低于25％；然后进行高温轧制，开轧温度不低于370℃，轧制变形量不低于40％。

采用上述技术方案的有益效果:

本发明在退火完成后，先沿着合金铸锭轴向方向（铸锭浇注凝固方向）进行快速定向墩粗开坯，然后再高频次快锻拔长成型方坯，通过短时间内的大变形量，完全破碎铸态组织中大量树枝晶和等轴粗晶，获得细小且均匀的晶粒组织并减少气孔、疏松等冶金缺陷；然后采用低温轧制和高温轧制结合的工艺方法，解决了该成分铝锂合金热变形时原始晶界残留问题，同时细化长向（L）、横向（LT）和高向（LS）晶粒大小和组织结构，进而制备出各方向的组织和晶粒细小均匀的厚板，通过细晶强化方法同时提高材料强度和塑韧性，明显减少铝锂合金各向异性问题,制备出各方向的组织和晶粒细小均匀的厚板，提高材料强韧性，并减小铝锂合金各向异性问题并有效减小铝锂合金各向异性问题，满足制造航天航空用60mm以上大厚规格铝锂合金制件的要求。

附图说明

图1为本发明实施铝锂合金锭坯定向快锻示意图。

图2为本发明实施铝锂合金不同方向微观金相组织图；

图2中：(a) 长向L；(b) 横向LT；(c) 高向LS。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

铝锂合金化学成分为Li：2.8％，Cu：3.3％，Mg：0.65％，Zn：0.35％，Zr：0.15％，Er：0.15％，Mn：0.15％，Ti：0.11％，Cr：0.03％；余量为Al。

加工成型方法过程如下：

合金铸锭退火：将铸锭毛坯按照≤120℃/h控速升温加热至420℃，保温9h，然后继续升温至470℃，保温24h后，随炉冷却至180℃后再出炉空冷至室温；

定向快锻开坯：将退火后的铸锭沿着轴向方向（铸锭浇注凝固方向）定向快锻开坯，始锻温度400℃，锻比3.0，锻后空冷；

热轧制成型：方坯表面光白加工，然后先进低温轧制，开轧温度330℃，轧制变形量25％；然后进行高温轧制，开轧温度390℃，轧制变形量50％；

然后将轧板进行固溶+时效热处理，取样检测长向（L）、横向（LT）和高向（LS）各个方向拉伸力学性能和晶粒度，检验结果如下表1

表1各方向拉伸试验和金相检验结果

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