專利名稱：：鋁基合金和其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁基合金，優(yōu)選Al-Li-Mg系合金，其包括鋰、鎂、鋅、鋯和錳，本發(fā)明屬于在航空和航天工業(yè)、造船業(yè)和地面運輸工具的機械制造中作為結(jié)構(gòu)材料、包括焊接結(jié)構(gòu)材料的合金的冶金學(xué)領(lǐng)域。雖然已知的A1-Li-Mg系合金具有低的密度和相當(dāng)高的強度，但是具有低的可塑性和降低的斷裂韌性。根據(jù)1986年4月22日美國專利申請4,584,173的合金具有如下的化學(xué)組成，重量％和包括一種或多種選自鋯、鉿和鈮的元素以及當(dāng)在530℃的溫度下使合金淬火，然后拉伸矯正至2％的變形程度以及在4至16小時內(nèi)在190℃下人工老化時，產(chǎn)生的缺陷是，該合金在熱處理狀態(tài)下具有低的可塑性(相對伸長3.1-4.5％)和低的抗腐蝕性。國際專利申請WO92/03583中的合金具有如下化學(xué)組成(重量％)伸長是7-9％和密度是2.46-2.63克/立方厘米。該合金可以作為航空和航天飛機中的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)材料。該合金的缺陷如下-高的強度可如下保證高的鋰含量可以保證高的強度，但是因此降低了合金的可塑性和斷裂韌性，由于冷變形降低了其可加工性，在制備用于航空儀器的薄板時造成困難；-高的鋅含量可以保證高的強度；因此合金的密度提高至2.60-2.63克/立方厘米，這顯著降低了節(jié)約產(chǎn)品重量的效果；-在人工老化之前、通過對淬火材料進行拉伸矯直產(chǎn)生5-6％的變形程度，可以保證高的強度，但是這導(dǎo)致表述斷裂韌性的參數(shù)值降低。該合金與銀冶煉，提高了產(chǎn)品-半成品直至成品-的成本。具有<p>通過如下的熱處理使合金固化460℃的溫度下淬火，通過0至3％的延伸度進行拉伸矯直和二步熱處理第一步，90℃下16小時，和第二步，150℃下24小時。該合金具有440-550MPa的足夠高的強度水平和350至410MPa的屈服點。該合金的缺陷是，與基礎(chǔ)材料相比該合金具有較低的相對伸長(1.0-7.0％)和低的斷裂韌性，不太令人滿意的抗腐蝕性和受限制的焊接化合物強度。因此，本發(fā)明的任務(wù)是，在保持高強度和保證高抗腐蝕性和好的可焊接性的前提下，在熱處理狀態(tài)下獲得提高的合金延展性，其中應(yīng)該保證在85℃下1000小時的加熱之后，表征斷裂韌性和熱穩(wěn)定性的參數(shù)足夠高。本發(fā)明的任務(wù)是通過一種Al-Li-Mg系合金解決的，該合金具有如下化學(xué)組成(重量％)<以及至少一種選自下列一組的元素<在由氫化鋰形成細(xì)分散固體顆粒的條件下，含氫量降低凝結(jié)時的縱向振動，并且避免在材料中形成孔隙。鎂含量應(yīng)該保證必需的強度性能水平和可焊接性。當(dāng)鎂含量低于4.1％時，強度降低，并且在澆鑄和焊接時合金更易于熱裂。在合金的鎂含量高于6.0％時，降低了澆鑄、熱軋和冷軋時的可加工性以及因此降低半成品和成品的熱塑性參數(shù)。為了保證必需的可加工性，特別是在制備薄板時，以及保證必需的機械和抗腐蝕性水平和足夠的斷裂韌性和可焊接性，添加鋰是非常重要的。在鋰含量低于1.5％時，增大了合金的密度，降低強度性能水平和彈性模量，當(dāng)鋰含量超過1.9％時，由于冷變形，使可加工性、可焊接性、可塑性參數(shù)和斷裂韌性惡化。在澆鑄鑄錠時，含量是0.05至0.3％的鋯是修正因素，并且與錳(含量是0.01-0.8％)一起保證在形成多角或細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)時半成品中的結(jié)構(gòu)固化。特別地通過添加一種或多種元素鈹、釔、鈧，在本發(fā)明合金的半成品中形成均勻細(xì)顆粒組織，因此提高冷軋上的可壓延性。此外，本發(fā)明涉及熱處理鋁基合金、特別是Al-Li-Mg系合金的方法。該方法的目的是，在保持其高的強度的前提下提高合金的延展性，同時獲得高的表征防腐蝕性的值和斷裂韌性的參數(shù)，特別是在該材料長時間承受高溫時保持這些性能。由US專利申請?zhí)?,861,391已知一種熱處理的方法，其包括通過快速冷卻進行淬火、矯直和如下的二步熱處理第一步，在不超過93℃的溫度下，幾個小時至幾個月；優(yōu)選66-85℃，最多24小時。第二步，在最大219℃的溫度下，30分鐘至幾個小時；優(yōu)選154-199℃，最多8小時。在強度參數(shù)和斷裂韌性提高的同時，該方法不能保證在85℃作低溫加熱1000小時之后含鋰的鋁基合金的性能穩(wěn)定性，其中加熱是模擬在飛機儀器長期運轉(zhuǎn)時太陽光的加熱。在85℃下加熱1000小時之后，按照該方法處理的含鋰合金的相對伸長和斷裂韌性降低25至30％。本發(fā)明的方法包括實現(xiàn)上述目標(biāo)的工藝步驟-將材料加熱至400至500℃的溫度-在水或空氣中淬火，拉伸矯直至多2％的變形程度和-人工老化，其中人工老化分三個階段進行，其中第三老化階段在90制110℃下進行8至14小時。根據(jù)本發(fā)明，可以以這樣的方式替代在恒定的溫度下進行第三老化階段，即以2-8℃/小時的冷卻速度冷卻10至30小時。顯然，具有權(quán)利要求1的特征的本發(fā)明合金在按上述本發(fā)明方法處理后，具有于達(dá)到本發(fā)明目的的有利性能。由于采用第三老化步驟，熱處理方法保證合金在長期低溫放置下具有熱穩(wěn)定性，這是由于額外析出均勻分布在基體體積中的分散相δ’-(Al3Li)的結(jié)果。大體積的細(xì)分散δ’-相降低了混合晶體中Li的過飽和，并且防止在85℃下放置1000小時時析出δ’-相。在根據(jù)權(quán)利要求2或3的該方法優(yōu)選實施方案下，人工老化的第一步驟在80至90℃下進行3至12小時，第二步驟在110至185℃下進行10至48小時。嚴(yán)格保持界限是實施人工老化特別有利的前提條件，并且在本發(fā)明目的范圍內(nèi)獲得了安全性更高的結(jié)果。最后，替代人工老化的第二步驟的還可以是在110至125℃下進行的老化，持續(xù)時間是5至12小時，其中當(dāng)?shù)谌匣襟E是按照權(quán)利要求3進行時，優(yōu)選使用這些工藝參數(shù)。實施例由化學(xué)組成如表1所示的合金澆鑄直徑為70毫米的鑄錠。在電阻爐中熔化該金屬。在均勻化(500℃，10小時)之后，由鑄錠壓制出截面是15×65毫米的金屬條。在壓制之前將鑄錠加熱至380至450℃。將金屬條的軋制錠加熱至360至420℃，并且熱軋成4毫米厚的薄板，然后將該薄板冷軋至2.2毫米的厚度。將冷軋的薄板在水或空氣中經(jīng)400至500℃進行淬火，矯直至變形程度至多為2％，然后進行表2所示的熱處理。用由薄板上切割的試樣測定基本材料和焊接化合物的性能(參見表3)。表1送檢組合物的化學(xué)組成評述合金1和2是對比材料合金3-10是按本發(fā)明的材料表2送檢合金的熱處理程序表3送檢合金的性能評述合金和程序1和2是由一種2一步熱處理程序得到的對比材料合金和程序3-10是按本發(fā)明得到的。權(quán)利要求1.鋁基合金、特別是Al-Li-Mg系合金，它包括鋰、鎂、鋅、鋯和錳，其特征在于，該合金另外包括氫和至少一種選自鈹、釔、鈧的元素，這些組分的比例如下(重量％)<tables>以及至少一種選自下列一組的元素<claim><claim>2.一種熱處理鋁基合金、特別是Al-Li-Mg系合金的方法，其工藝步驟如下-將材料加熱制400-500℃的溫度-在水或空氣中淬火，拉伸矯直至至多2％的變形程度，和-人工老化，其特征在于，人工老化分三個階段進行，其中第三老化階段在90-110℃下進行8至14小時。3.一種熱處理鋁基合金、特別是Al-Li-Mg系合金的方法，其工藝步驟如下-將材料加熱至400-500℃的溫度-在水或空氣中淬火，拉伸矯直至至多2％的變形程度，和-人工老化，其特征在于，人工老化分三個階段進行，其中第三老化階段包括以2至8℃/小時的冷卻速度冷卻10至30小時。4.權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，人工老化的第一步驟在80-90℃下進行3至12小時，第二步驟在110-185℃下進行10至48小時。5.權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，人工老化的第一步驟在80-90℃下進行3至12小時，第二步驟在110-125℃下進行5至12小時。全文摘要本發(fā)明涉及一種鋁基合金、特別是Al－Li－Mg系合金,其化學(xué)組成如下(重量%):鋰:1.5—1.9;鎂:4.1—6.0;鋅0.1—1.5;鋯:0.05—0.3;錳0.01—0.8;氫:0.9×10文檔編號C22C21/00GK1271393SQ98809322公開日2000年10月25日申請日期1998年9月21日優(yōu)先權(quán)日1997年9月22日發(fā)明者T·普范南穆勒,E·勞徹特,P－J·溫克勒,S·M·莫扎羅夫斯基,D·S·蓋爾金,E·G·托爾辰尼科瓦,V·M·徹托維科夫,V·G·達(dá)維多夫,E·N·卡布勞夫,L·B·克霍克拉托瓦,N·I·科勞布尼夫,I·N·夫里德利安德申請人:戴姆勒-克萊斯勒股份公司,Viam全俄航空材料研究院