專利名稱：亞純鋁鋰銅鎂鈰合金的制作方法
亞純鋁鋰銅鎂鈰合金是一種具有中等強度的損傷容限型鋁鋰合金。
目前，國外已研制出多種類型的鋁鋰合金，以滿足不同工作條件的需要，損傷容限型鋁鋰合金便是其中主要類型之一。英國Alcan公司的8090合金是損傷容限型鋁鋰合金的代表，主要成份為Al-Ll-Cu-Mg，以板材及擠壓型材為其半成品形式。但是，在鋁鋰合金的生產(chǎn)中，為保證合金具有足夠的拉伸性能及斷裂韌性，必須嚴格限制材料中有害雜質(尤其是堿金屬雜質)的含量，需要用高純度的原材料來制取，并且要嚴格控制生產(chǎn)過程，以防止對合金的二次污染，增強了工業(yè)化的難度，使得合金材料成本增高。另外，合金板材存在著嚴重的各向異性，不利于合金在不同方向受力時的使用。而且，做為損傷容限型合金，其斷裂韌性還有待于進一步提高。這些問題的存在，影響了鋁鋰合金的推廣應用。
本發(fā)明的目的是要提供一種對雜質含量限定不嚴，生產(chǎn)過程易控制，具有優(yōu)良力學性能，較高斷裂韌性及板材各向異性不太明顯的損傷容限型鋁鋰合金。
本發(fā)明是由(1.4～1.6)%Cu、(2.3～2.7)%Li、(1.0～1.1)%Mg、(0.05～0.11)%Zr組成，并在其中加入(0.02～0.25)%的Ce(稀土元素)，其余為Al和雜質。合金雜質含量可放寬至6%(其中堿金屬雜質含量＜50ppm)。
需要說明的是，在本發(fā)明之前另有兩種也添加了相似含量稀土元素的鋁鋰合金，即高性能稀土鋁鋰合金(專利申請?zhí)?0109915.5)及亞純稀土高強型鋁鋰合金(已申請專利，在審查中)，均屬高強型鋁鋰合金類，性能、特點與損傷容限型合金不同，成份特點是Cu含量高且不含Mg，應用場合亦不相同，不能代替損傷容限型鋁鋰合金。而且，它們的比重為2.60g/cm3，大于本發(fā)明合金的比重(2.54g/cm3)。材料比重的降低，會對航空航天工業(yè)產(chǎn)生極大誘惑力。
與現(xiàn)有技術英國8090合金相比，本合金具有以下優(yōu)點1、雜質限量不嚴格。8090合金的雜質總含量＜0.1%(其中堿金屬含量＜10ppm)，而本發(fā)明合金雜質總含量可放寬至＜6%(其中堿金屬含量＜50ppm)。
2、可使用普遍純度原材料制取合金。8090合金必須采用高純鋁及高純鋰(純度＞99.99%)制取，而本發(fā)明合金，只需采用99.7%純度的工業(yè)純鋁及工業(yè)純鋰制取即可。
3、生產(chǎn)過程容易控制，成本較低。
4、雖然本合金對雜質含量放寬了限量，但仍具有優(yōu)良性能，與8090合金性能的比較如下拉伸性能對比(Tg狀態(tài)，2～4mm板材)
注L表示試樣受力平行于板材軋制方向;
T表示試樣受力垂直于板材軋制方向。
斷裂韌性對比(Tg狀態(tài)，2～4mm板材)
從以上數(shù)據(jù)的對比可見，本發(fā)明合金的力學性能各項指標已達到或超過了8090合金，達到了英國prEN6007標準。這對于克服鋁鋰合金自身存在的斷裂韌性差，各向異性明顯的缺點具有重要意義。
本發(fā)明合金可以采用兩種熔鑄方法制取鑄錠。
1、真空感應熔鑄法將經(jīng)過充分清洗、烘干的工業(yè)純鋁，Al-(45～50)%Cu、Al-(3～5)%Zr、Al-(4～5)%Tl-1%B及Al-(14～16)%Ce合金按成份配比比例置于真空感應爐坩鍋(用Al2O3制成)中，抽真空至0.1～0.6Pa，加熱熔化至760～820℃，靜置熔體并降溫至690～720℃，充入Ar氣至40～60KPa，加入純鋰及純鎂，充分電磁攪拌后略靜置，于740～780℃澆注成錠。
2、氬氣保護熔鑄法將經(jīng)過充分清洗、烘干的工業(yè)純鋁、Al-(45～50)%Cu、Al-(14～16)%Ce合金按成份配比比例置入電阻爐坩鍋(用Al2O3或石墨制成)中，加熱熔化至720～780℃，充分機械攪拌，用C2Cl6精煉后加入(LiCl+LlF)熔劑保護，適量通Ar，再加入Al-(3～5)%Zr、Al-(4～5)%Tl-1%B合金，再次攪拌，通Ar保護條件下加入純鎂及純鋰，熔化后將Ar通入熔體中除氣，充分除渣后在740～780℃澆注，澆注時應一直通Ar保護。
鑄錠經(jīng)以下主要過程可制成板材用470℃/10h+500℃/8h+530℃/6h均勻化處理;
表面加工后經(jīng)480～510℃鍛壓開坯，總變形量為50%～80%;
表面再次加工后于480～510℃熱軋，每道次變形量為4～10mm;
于480～510℃固溶后酸洗，再冷軋至所需厚度，總變形量應大于50%。或者于480～500℃退火后酸洗，再于280～320℃溫軋至所需厚度。
權利要求
1.一種亞純鋁鋰銅鎂鈰合金，由(2.3～2.7)%Li，(1.4～1.6)%Cu、(1.0～1.1)%Mg、(0.05～0.11)%Zr，其余為Al及雜質構成，其特征為a.在合金中加入了0.02%～0.25%的稀土元素Ce；b.合金中雜質含量可放寬至6%(其中堿金屬雜質含量＜50PPm)。
全文摘要
一種損傷容限型鋁鋰合金，是在Al-Li-Cu-Mg合金中添加了稀土元素Ce，構成了Al-Li-Cu-Mg-Ce合金，彌補了現(xiàn)有損傷容限型鋁鋰合金存在的斷裂韌性較差，合金板材的各向異性嚴重及需嚴格限制材料中的有害雜質，工業(yè)化生產(chǎn)難度大及成本高的不足，提供了一種具有常規(guī)機械性能，斷裂韌性及板材不同受力方向性能相似且對合金中雜質含量限量寬、工業(yè)化生產(chǎn)方便的結構材料，適用于制造航空航天產(chǎn)品，并可用于其他工業(yè)。
文檔編號C22C21/00GK1091159SQ93101790
公開日1994年8月24日 申請日期1993年2月16日 優(yōu)先權日1993年2月16日
發(fā)明者孟亮, 張寶昌, 何明 申請人:西北工業(yè)大學