一種制備鋁鋰合金超塑性板材的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備鋁鋰合金超塑性板材的方法，其工藝路線為：采用具有一定初始厚度的2A97鋁鋰合金板坯為原料，將板坯于460～540℃固溶0.5～4h，水淬后在400℃保溫8～48h，再將合金軋制至1.0～4.0mm。與傳統(tǒng)形變熱處理方法相比，本發(fā)明通過提高中間退火溫度有效地解決了大規(guī)格板材軋制時(shí)易開裂的問題，同時(shí)通過留有20%～30%的變形量由傳統(tǒng)的溫軋改為冷軋工藝提高了合金的變形儲(chǔ)能解決了板材超塑性延伸率偏低的問題，首次制備出了超塑性能良好的2A97鋁鋰合金大規(guī)格超塑性板材。
【專利說明】一種制備鋁鋰合金超塑性板材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種制備鋁鋰合金超塑性板材的方法。
[0002]采用本發(fā)明的方法可以獲得2A97鋁鋰合金超塑性板材，典型超塑性伸長(zhǎng)率為560% ~1070%。
【背景技術(shù)】
[0003]在航空航天工業(yè)中，減重增效是一個(gè)永恒的主題。飛行器每減少一克的重量都會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。2A97鋁鋰合金是我國自主研發(fā)的一種新型Al-Cu-Li系合金，屬于第三代鋁鋰合金，是航空航天領(lǐng)域重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。現(xiàn)代航空航天工業(yè)對(duì)零部件提出輕量化，低成本、大批量的要求，將超塑性技術(shù)應(yīng)用于鋁鋰合金不僅可以使復(fù)雜形狀零部件達(dá)到整體成型構(gòu)件的目的，而且可以進(jìn)一步減輕重量，降低成本，縮短裝配時(shí)間。但是國內(nèi)外未見對(duì)2A97鋁鋰合金超塑性板材制備及其超塑性變形行為的研究報(bào)道。
[0004]現(xiàn)有2A97鋁鋰合金超塑性板材制備工藝為:合金經(jīng)520°C，2 h固溶處理，400°C，48 h過時(shí)效后，在400°C預(yù)熱Ih后多道次轉(zhuǎn)向軋制得到2mm左右超塑性板材，或在軋制88%變形量時(shí)進(jìn)行240°C~400°C中間退火后繼續(xù)軋制至總變形量92%得到2mm左右超塑性板材，最高超塑性伸長(zhǎng)率達(dá)到850%。但采用這種工藝制備超塑性板材時(shí)往往出現(xiàn)以下三個(gè)問題:
(I)現(xiàn)有工藝要求軋制道次間的停留時(shí)間短，否則板材軋制時(shí)很容易開裂，僅適用在實(shí)驗(yàn)室小型軋制上制備小規(guī)格樣品。例如，在工業(yè)化裝備條件下制備2A97鋁鋰合金超塑性板材時(shí)，在400°C預(yù)熱Ih后，由25mm厚軋制`至IOmm厚時(shí)，軋制至變形量?jī)H為60%時(shí)，板材便出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，如圖1所示，無法繼續(xù)軋制。這主要是由于大型軋機(jī)輥縫調(diào)整較慢，長(zhǎng)時(shí)間停留使樣品溫降過大所致。
[0005](2)多道次轉(zhuǎn)向軋制的方法難用于大規(guī)格板材的制備。試驗(yàn)表明，在軋制過程中不斷改變軋制方向的多道次轉(zhuǎn)向軋制是抑制板材軋制開裂的有效方法，但在大規(guī)格板材制備時(shí)，由于板材本身很重，在輥道上很難將其旋轉(zhuǎn)方向，即使完成轉(zhuǎn)向，往往也由于停留時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致溫降大而無法繼續(xù)軋制。
[0006](3)采用中間退火可解決板材軋制開裂問題，現(xiàn)有工藝中間退火溫度需低于300°C時(shí)才可以獲得超塑性延伸率為350%以上的板材，較低的退火溫度增加了板材開裂的傾向性。例如，2A97鋁鋰合金經(jīng)400預(yù)熱Ih后由25mm厚軋至3.2mm厚，再經(jīng)300°C退火30min軋至2mm厚時(shí)，板材出現(xiàn)了嚴(yán)重的邊部開裂，如圖2所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備鋁鋰合金超塑性板材的方法。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
所述制備鋁鋰合金超塑性板材的方法包括如下步驟:(1)將2A97鋁鋰合金板坯于460~540°C固溶0.5~4h，室溫水淬冷卻；
(2)將固溶后的2A97鋁鋰合金板坯在400°C保溫8~48h，進(jìn)行過時(shí)效處理；
(3)將過時(shí)效處理后的2A97鋁鋰合金板坯軋制至1.0~4.0mm，得到超塑性板材； 步驟(3)所述軋制是將2A97鋁鋰合金板坯在400°C預(yù)熱0.5~4h后進(jìn)行軋制，軋制過
程中將2A97鋁鋰合金板坯于200~400°C條件下進(jìn)行中間退火I~3次；根據(jù)目標(biāo)板材厚度，得到留有20~30%形變量的2A97鋁鋰合金板材；待留有20~30%形變量的2A97鋁鋰合金板材冷卻后再次冷軋至1.0~4.0mm ;軋制過程控制2A97鋁鋰合金板材的總變量為70~95%，道次壓下量為10~20%。
[0009]優(yōu)選地，所述2A97鋁鋰合金板坯為經(jīng)熱軋工藝成形的熱軋板或經(jīng)固溶、時(shí)效處理后的時(shí)效態(tài)成品板。
[0010]優(yōu)選地，步驟(3)所述中間退火條件為380~400°C。
[0011]優(yōu)選地，步驟(3)所述軋制過程中將2A97鋁鋰合金板坯于200~400°C條件下進(jìn)行中間退火2次；第1次退火是將2A97鋁鋰合金板坯200~400°C條件下退火，然后軋制；第2次退火是將經(jīng)第1次退火且軋制后的2A97鋁鋰合金板坯于380~400°C條件下退火，然后繼續(xù)軋制。
[0012]優(yōu)選地，步驟(3)所述軋制過程中將2A97鋁鋰合金板坯于200~400°C條件下進(jìn)行中間退火3次；第1次退火是將2A97鋁鋰合金板坯200~400°C條件下退火，然后軋制；第2次退火是將經(jīng)第1次退火且軋制后的2A97鋁鋰合金板坯于380~400°C條件下退火，然后軋制?’第3次退火是將經(jīng)第2次退火且軋制后的2A97鋁鋰合金板坯于380~400°C條件下退火，然后繼續(xù)軋制。
[0013]優(yōu)選地，所述軋制過程可采取`轉(zhuǎn)向軋制，所述轉(zhuǎn)向軋制是將前次軋制時(shí)2A97鋁鋰合金板材的橫向做為下次軋制時(shí)的軋制方向?qū)?A97招鋰合金板材進(jìn)行軋制變形。
[0014]本發(fā)明首次制備出了超塑性能良好的2A97鋁鋰合金大規(guī)格超塑性板材(典型超塑性伸長(zhǎng)率為560%~1070%)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
(I)將中間退火溫度提高到380°C~400°C，解決了因工業(yè)化裝備條件下道次間停留時(shí)間長(zhǎng)使溫降過快而導(dǎo)致板材開裂的難題，如實(shí)例2所展示，獲得了幅寬900mm的大規(guī)格2A97鋁鋰合金超塑性板材(見圖4)。
[0016](2)通過留有20%~30%的變形量由傳統(tǒng)的溫軋改為冷軋工藝提高了合金的變形儲(chǔ)能，克服了因中間退火溫度高而儲(chǔ)能不夠的難題，解決了板材超塑性延伸率偏低的問題，首次制備出了最高超塑性伸長(zhǎng)率達(dá)到900%的2A97鋁鋰合金大規(guī)格超塑性板材(見圖4、圖5)。
[0017](3)在制備大規(guī)格板材時(shí)，不采用轉(zhuǎn)向軋制，通過增加中間退火次數(shù)和提高中間退火溫度，并輔以室溫冷軋成功制備出了超塑性板材，克服了多道次轉(zhuǎn)向軋制難應(yīng)用于工業(yè)化裝備生產(chǎn)的難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有工藝軋制的2A97鋁鋰合金超塑性板材圖；在工業(yè)化裝備條件下制備2A97鋁鋰合金超塑性板材時(shí)，在400°C預(yù)熱Ih后，由25mm厚軋制至IOmm厚時(shí)，軋制至變形量?jī)H為60%時(shí),板材出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。
[0019]圖2為現(xiàn)有工藝軋制的2A97鋁鋰合金超塑性板材邊部開裂圖；2A97鋁鋰合金經(jīng)400預(yù)熱Ih后由25mm厚軋至3.2mm厚，再經(jīng)300°C退火30min軋至2mm厚時(shí)，板材出現(xiàn)了嚴(yán)重的邊部開裂。
[0020]圖3為實(shí)施例1的高溫超塑性拉伸樣品的宏觀照片，初始應(yīng)變速率為2X10^，圖3 (b)~(d)對(duì)應(yīng)的變形溫度分別為450°C、470°C、490°C和510°C，伸長(zhǎng)率分別為570%、640%、1070%和560%，圖3 Ca)為未變形的原始試樣。
[0021]圖4為實(shí)施例2制備出的幅寬900mm的2A97大規(guī)格超塑性板材；
圖5為實(shí)施例2得到的板材高溫超塑性拉伸樣品的宏觀照片，伸長(zhǎng)率為900%，初始應(yīng)變速率為2X 10、'溫度為460°C，圖5 (b)為未變形的原始試樣。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的實(shí)施以25mm厚2A97鋁鋰合金熱軋板為原始坯料來說明。
[0023]實(shí)施例1
所述制備鋁鋰合金超塑性板材的方法包括如下步驟:
(1)將2A97鋁鋰合金板坯于520°C固溶4h，室溫(15~35°C)水淬冷卻；
(2)將固溶后的2A97鋁鋰合金板坯在400°C保溫48h，進(jìn)行過時(shí)效處理；
(3)將過時(shí)效后的2A97鋁鋰合金板坯軋制至1.8mm ；
步驟(3)所述軋制是將2A97鋁鋰合金板坯`在400°C預(yù)熱Ih后軋制至厚度為15mm，隨后進(jìn)行工藝為400°C, Ih的中間退火后繼續(xù)軋制至厚度為6.8mm,接著再進(jìn)行工藝為380~400°C, Ih的中間退火后軋制至厚度為2.5_(此次進(jìn)行了 I次轉(zhuǎn)向軋制，即此次軋制沿中間退火前的橫向進(jìn)行)，得到留有20~30%形變量的2A97鋁鋰合金板材；待板材冷卻至室溫后繼續(xù)冷軋至厚度為1.8mm,得到2A97鋁鋰合金超塑性板材。軋制過程控制總變量為70~95%，道次壓下量為10~20%。
[0024]對(duì)超塑性板材在初始應(yīng)變速率為2X ΙΟ、—1、溫度為450°C、470°C、490°C和510°C的變形條件下進(jìn)行高溫拉伸，超塑性伸長(zhǎng)率分別為570%、640%、1070%和560%。拉伸試樣的宏觀照片如圖3所示。
[0025]實(shí)施例2
所述制備鋁鋰合金超塑性板材的方法包括如下步驟:
I)將2A97鋁鋰合金板坯于520°C固溶3h，室溫(15~35°C)水淬冷卻；
(2)將固溶后的2A97鋁鋰合金板坯在400°C保溫48h，進(jìn)行過時(shí)效處理；
(3)將過時(shí)效后的2A97鋁鋰合金板坯軋制至2.5mm ；
步驟(3)所述軋制是將2A97鋁鋰合金板坯在400°C預(yù)熱Ih后軋制至厚度為17mm，隨后進(jìn)行工藝為400°C, Ih的中間退火后繼續(xù)軋制至厚度為11_，接著再進(jìn)行工藝為380~400°C, Ih的中間退火后軋制至厚度為6.6mm，接著再進(jìn)行380~400°C /Ih中間退火后繼續(xù)軋制至3.3mm,得到留有20~30%形變量的2A97鋁鋰合金板材；待板材冷卻至室溫后繼續(xù)冷軋至厚度為2.5mm，在工業(yè)化裝備條件下制備出幅寬900mm的超塑性板材，如圖4所示。軋制過程控制總變量為70~95%，道次壓下量為10~20%。
[0026]對(duì)超塑性板材在初始應(yīng)變速率為2X KT3S'溫度為460°C的變形條件下進(jìn)行超塑性拉伸，伸長(zhǎng)率為900%，拉伸后試樣的宏觀`照片如圖5所示。
【權(quán)利要求】
1.一種制備鋁鋰合金超塑性板材的方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (1)將2A97鋁鋰合金板坯于460~540°C固溶0.5~4h，室溫水淬冷卻； (2)將固溶后的2A97鋁鋰合金板坯在400°C保溫8~48h，進(jìn)行過時(shí)效處理； (3)將過時(shí)效處理后的2A97鋁鋰合金板坯軋制至1.0~4.0mm，得到超塑性板材； 步驟(3)所述軋制是將2A97鋁鋰合金板坯在400°C預(yù)熱0.5~4h后進(jìn)行軋制，軋制過程中將2A97鋁鋰合金板坯于200~400°C條件下進(jìn)行中間退火I~3次，得到留有20~30%形變量的2A97鋁鋰合金板材；待留有20~30%形變量的2A97鋁鋰合金板材冷卻后再次冷軋至1.0~4.0mm ;軋制過程控制2A97鋁鋰合金板材的總變量為70~95%，道次壓下量為10~20%。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述2A97鋁鋰合金板坯為經(jīng)熱軋工藝成形的熱軋板或經(jīng)固溶、時(shí)效處理后的時(shí)效態(tài)成品板。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述中間退火條件為380~400°C。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述軋制過程中將2A97鋁鋰合金板坯于200~400°C條件下進(jìn)行中間退火2次；第1次退火是將2A97鋁鋰合金板坯200~400°C條件下退火，然后軋制；第2次退火是將經(jīng)第1次退火且軋制后的2A97鋁鋰合金板坯于380~400°C條件下退火，然后繼續(xù)軋制。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述軋制過程中將2A97鋁鋰合金板坯于200~400°C 條件下進(jìn)行中間退火3次；第1次退火是將2A97鋁鋰合金板坯200~400°C條件下退火，然后軋制；第2次退火是將經(jīng)第1次退火且軋制后的2A97鋁鋰合金板坯于380~40(TC條件下退火，然后軋制；第3次退火是將經(jīng)第2次退火且軋制后的2A97鋁鋰合金板坯于380~400°C條件下退火，然后繼續(xù)軋制。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述軋制過程采取轉(zhuǎn)向軋制，所述轉(zhuǎn)向軋制是將前次軋制時(shí)2A97鋁鋰合金板材的橫向做為下次軋制時(shí)的軋制方向?qū)?A97鋁鋰合金板材進(jìn)行軋制變形。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK103882351SQ201410078020
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】葉凌英, 鄧運(yùn)來, 張艷苓, 劉麗, 謝磊, 候紅亮, 張新明 申請(qǐng)人:中南大學(xué)