快速冷凝铝锂合金固结工艺

【摘 要】铝锂合金是一种低密度、高强度、高弹性模量的新型航空航天结构材料。快速冷凝技术，能得到更细的晶粒，减少及消除偏析，为进一步改善铝锂合金的综合性能开辟了新的途径。

本文研究了真空热压、热处理工艺对快速冷凝铝锂合金性能的影响，结果表明，480℃真空热压是比较好地选择，该工艺成型的快速冷凝铝锂合金综合性能较好。

【关键词】铝锂合金；快速冷凝；真空热压

1.前言

快速冷凝铝锂合金由于高的比强度和比模量引起了人们的广泛兴趣，但合金粉末表面存在不均匀分布的氧化层，使合金的塑性下降[1]。通过降低粉末中的氧含量，有助于改善合金的性能。在真空热压过程中，合适的温度、真空度，可以降低合金粉末的水蒸气和其它气体含量，从而在真空热压工艺中减少氧化物对合金的不良影响，最终提高材料的性能。

2.材料及实验方法

实验所用合金为以105～106K/s急冷得到的片状粉末，其成分为：Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr。在200T油压机上，将片状粉末冷压至理论密度的60%，压强为300Mpa。真空热压时，先将真空抽至10-3pa，然后以15℃/分钟的速度加热，分别加热至450℃～520℃，保温一小时，然后热压至理论密度的95%以上，压力为600Mpa，等温热压20分钟后在真空下冷却。将不同温度固结的合金在400℃挤压成Ф6mm的棒材，挤压比为44：1，样品在525℃固溶40分钟，水淬，时效工艺为170℃/4小时+190℃/16小时。

3.实验结果

3.1真空脱气过程中真空度的变化趋势

合金片状粉末冷压后，放置在真空容器。当真空度为10-3Pa时开始升温，在380℃以前真空度变化不大；高于380℃时，真空度缓慢开始下降，在450℃时仍保持在10-1Pa，升至460℃，真空度急剧下降，480℃时已降到10Pa，图1表明除气温度应高于460℃，这与理论[2]的结果比较一致。

温度升至480℃，保温1小时。当保温45分钟时，真空度又回升至10-3Pa，图2表明，这时，已完全除气。

3.2合金的力学性能

不同固结工艺的挤压材料经525℃固溶，170℃/4小时+190℃/16小时时效处理后的力学性能见图3。固结温度不同，材料的性能差别很大，固结温度由450℃升至480℃，延伸率由6.1%提高到8.8%，当温度继续上升，到525℃，延伸率跌到4.3%，材料的屈服强度和断裂强度随温度的升高略有上升。

4.讨论

快速冷凝铝锂合金粉末除了容易吸附的水蒸气和其它气体外，表面氧化铝薄膜在室温下以Al2O3·3H2O的形式存在，当加热到高温时，转变为Al2O3。

因此，温度愈高，除气效果愈好，氧化层在以后的加工过程中更易破碎，晶粒结合得更好，这就有利于材料在变形过程中沿晶断裂，提高合金的塑性[3]；但温度过高，又会使某些低熔点金属化合物沿晶界析出，影响晶粒之间的结合，使合金的韧性下降。

综合上述，固结温度在480℃左右，延伸率较高，综合力学性能较好。

5.结论

1、Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr合金，在480℃左右固结，525℃固溶40分钟，170℃/4小时+190℃/16小时时效，σb=510Mpa，σ0.2=447Mpa，δ=8.8%。

2、在固结过程中，尽可能除气，同时避免某些金属化合物沿晶界析出，使晶粒在后续的加工过程中结合良好，从而改善合金的力学性能。

参考文献

1）Y-W Kim.W.M.Grifith and F.H.Froes.“Surface Oxides in P∕M Alloys”. JOURNAL OF MATERIALS. August 1985，27-33

2）王祝堂，田荣璋.《铝合金及其加工手册》，中南工大出版社.1981， 290-296

3）Y-W.Kim，M.M.Cook and W.M.Grifith.“Thermal Stability of High Temperature P/M Alumilium Alloys”. Proceedings of Third Conference On Rapidification .Prinicipales and Technologies， Dec，1982， 609-614.

邓俊彦（1968～），男，硕士研究生，工作单位：东莞理工学院城市学院实验中心，主要从事材料及磁头方面的研究。