一种提高铝锂合金薄板表面质量及综合性能的方法与流程

本发明属于铝锂合金的形变热处理，涉及一种提高铝锂合金薄板表面质量及综合性能的方法，。

背景技术：

1、铝锂合金具有高比刚度、高比强度、优良的耐损伤性能、耐腐蚀性能以及加工性能等优点，是航空、航天领域重点关注的金属材料之一。其中第三代铝锂合金在采取了适当提高铜含量、降低锂含量以及引入mg、zn、mn、zr、ag等多元微合金化的成分设计方法，使铝锂合金的综合性能获得显著提升，从而使第三代铝锂合金在航空、航天领域获得了广泛应用。其中，第三代铝锂合金薄板由于优良的刚度和耐损伤性能，主要用于机身蒙皮、火箭外蒙皮等结构。由于第三代铝锂合金均需要通过形变热处理的方式来实现综合性能的调控，对于薄板来说，综合性能需求以及后续作为蒙皮结构使用需求(需要冷成形后进行化学铣切或者镜像铣切)，铝锂合金薄板需要在淬火后进行特定变形量(一般不低于2.5％)的预拉伸处理用于消除淬火带来的残余应力，同时为后续综合性能调控奠定基础。

2、由于第三代铝锂合金复杂的成分构成，析出相类型众多，其中al3li相属于共格析出相，大量析出al3li相很容易导致共面滑移，从而导致较强的各向异性和较低的断裂韧度，因此，需要严格控制al3li析出相的数量和分布。al3li相一般在淬火后迅速析出，而通过淬火后的预拉伸变形则可以很好的抑制al3li相的析出并促进t1相、θ′相前驱gp区的形成，但是对于薄板来说，淬火后进行较大变形量的预拉伸很容易在板材表面形成相互交错的“滑移条带”，影响最终构件的表面质量，而较低的变形量很难获得最终所需的性能和较低的淬火残余应力，同样影响板材的最终的使用。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对航空、航天领域第三代铝锂合金薄板应用过程中存在的表面质量与综合性能难以调控的难题，提供一种高表面质量和综合性能方法，通过该方法，可在使铝锂合金薄板在具备优良综合性能的同时，避免表面形成滑移条带，保障薄板的表面质量。

2、为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

3、一种提高铝锂合金薄板表面质量及综合性能的方法，所述方法将铝锂合金薄板固溶淬火后在短时间内进行一定变形量的预拉伸，然后停放一段时间后进行二次预拉伸处理，二次预拉伸完毕后通过自然或人工时效处理至稳定状态；通过第一次预拉伸抑制al3li共格析出相的形成，并为gp区的形成奠定基础；停放过程中gp区的析出可以提高变形均匀性，抑制拉伸时滑移条带的形成；二次预拉伸则可以进一步消除残余应力，同时获得形变热处理所需要的变形量；最终采用自然或人工时效处理，获得预期的微观组织，保障薄板的优良综合性能。

4、所述方法具体步骤如下：

5、步骤一、固溶淬火+第一次预拉伸处理：

6、将铝锂合金薄板加热，经过固溶淬火后短时间内进行一定变形量的预拉伸处理；优选地，所述铝锂合金薄板装入空气循环炉或盐浴炉内加热。

7、固溶处理采取到温入炉方式，固溶工艺为495℃～535℃，保温时间为20min～90min；淬火温度为18～40℃，淬火转移时间不超过10s。优选地，淬火介质为水。

8、预拉伸处理是将淬火完毕后的板材在2h之内进行预拉伸，预拉伸变形量0.8～1.5％。由于本发明方法中薄板长度至少在1500mm以上，在固溶处理时入炉出炉均需要打孔、装吊、拆卸、转移等工序，板材转移最短也需要半小时，因此，针对本发明的薄板尺寸，2小时已经认为是较短的时间。

9、步骤二、停放+二次预拉伸处理：

10、经过步骤1.1处理的板材在室温放置12～22h后进行二次预拉伸处理，预拉伸变形量为1.7～4.5％。

11、步骤三、时效处理：将经过1.2步骤处理后的板材进行自然时效或者人工时效至稳定状态。

12、所述的自然时效是将经过二次预拉伸之后的薄板室温放置不低于100h。

13、所述的人工时效处理为将经过二次预拉伸之后的薄板，放入空气循环炉内进行人工时效，采取到温入炉方式，时效工艺为135℃～165℃/15～36h后出炉冷却至室温。优选地，冷却方式为空冷。

14、所述方法适用的薄板是指厚度从0.8mm至6.0mm的板材。6mm以上是中厚板。由于6mm以上的中厚板拉伸很难出现滑移线，所以不考虑拉伸量的问题。而0.8mm至6.0mm的板材一次性拉伸量太大容易产生滑移条带，所以方法中分开两次拉伸。

15、所述方法适用的铝锂合金的成分及各组分质量百分比为：cu 2.1～4.5％，li 0.8～2.1％，mg 0.4～1.3％，zn 0.2～0.8％，mn 0.2～0.6％，zr 0.10～0.20％，ti 0.02～0.10％，以及ag 0.2～0.8％，sc 0.08～0.25％中的任意1～2种，杂质元素si≤0.10％，fe≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为al。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明的一种高表面质量和综合性能方法，通过固溶淬火后的第一次预拉伸变形，停放一段时间后第二次预拉伸变形以及最后的自然或人工时效处理，在实现薄板析出相类型、分布调控从而获得优良综合性能的同时，可以避免薄板表面滑移条带的形成，提高薄板表面质量。

18、具体来说，通过固溶淬火后短时间内进行合理的预拉伸变形可以抑制al-cu-li-mg-x系铝锂合金中al3li共格析出相的形成，并促进cu、mg、ag等元素在位错附近富集，同时，还不会在薄板表面形成滑移条带；第一次预拉伸完毕后停放一段时间可以促进共格的gp区的形成，提高薄板拉伸变形的均匀性，避免第二次较大变形量的预拉伸过程中在表面形成滑移条带；二次较大变形量的预拉伸则可以进一步消除淬火残余应力，并且为后续自然时效、人工时效过程中获得所需要的析出相的类型及分布奠定基础；最后，获得预期的微观组织，通过自然或人工时效获得具有优良综合性能的薄板。

1.一种提高铝锂合金薄板表面质量及综合性能的方法，其特征在于：所述方法将铝锂合金薄板固溶淬火后在短时间内进行一定变形量的预拉伸，然后停放一段时间后进行二次预拉伸处理，二次预拉伸完毕后通过自然或人工时效处理至稳定状态；通过第一次预拉伸抑制al3li共格析出相的形成，并为gp区的形成奠定基础；停放过程中gp区的析出可以提高变形均匀性，抑制拉伸时滑移条带的形成；二次预拉伸则可以进一步消除残余应力，同时获得形变热处理所需要的变形量；最终采用自然或人工时效处理，获得预期的微观组织，保障薄板的优良综合性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述薄板是指厚度从0.8mm至6.0mm的板材。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤一淬火介质为水。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤一所述铝锂合金薄板加热在空气循环炉内进行。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤一所述铝锂合金薄板加热在盐浴炉内进行。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤三所述的自然时效是将经过二次预拉伸之后的薄板室温放置不低于100h。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤一所述的人工时效处理为将经过二次预拉伸之后的薄板，放入空气循环炉内进行人工时效，采取到温入炉方式，时效工艺为135℃～165℃/15～36h后出炉冷却至室温。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法适用的铝锂合金的成分及各组分质量百分比为：cu 2.1～4.5％，li 0.8～2.1％，mg 0.4～1.3％，zn 0.2～0.8％，mn 0.2～0.6％，zr 0.10～0.20％，ti 0.02～0.10％，以及ag0.2～0.8％，sc 0.08～0.25％中的任意1～2种，杂质元素si≤0.10％，fe≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为al。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：冷却方式为空冷。