本發(fā)明屬于鋁鋰合金成形
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鋁鋰合金的噴射成形方法。
背景技術(shù)：
：鋁鋰合金具有低密度、高彈性模量、高比強(qiáng)度和比剛度、良好的疲勞性能、優(yōu)良的高溫和低溫性能、優(yōu)異的耐腐蝕性能、卓越的超塑性成形性和好的焊接性等諸多優(yōu)異的綜合性能，其強(qiáng)度可以和2024、7075等鋁合金媲美；用其代替常規(guī)的高強(qiáng)度鋁合金可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕10％～20％，剛度提高15％～20％，而且鋁鋰合金與復(fù)合材料相比，具有耐高低溫、耐損傷和可修理、易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，因此，鋁鋰合金成為21世紀(jì)航空航天和兵器工業(yè)領(lǐng)域最具潛力的金屬結(jié)構(gòu)材料。現(xiàn)有生產(chǎn)鋁鋰合金的工序是將配制好的液態(tài)合金熔體經(jīng)鑄造，凝固形成鋁鋰合金錠坯，然后再通過對(duì)錠坯施加擠壓、軋制、鍛造、環(huán)軋等一種或多種變形使其成為航空航天可使用的原材料或構(gòu)件；通常情況下涉及凝固過程的生產(chǎn)環(huán)節(jié)(包括模鑄、半連續(xù)鑄造等)并不是生產(chǎn)零件的最終工序，但是由于金屬材料的“組織遺傳”現(xiàn)象，凝固過程中所形成的材料組織卻幾乎伴隨著零件的整個(gè)生命周期，一旦在凝固生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生化學(xué)成分的不均勻性以及粗大組織形態(tài)，后續(xù)加工將很難有效改善，最終影響著零件的性能；據(jù)報(bào)道有色金屬材料生產(chǎn)過程中，約70％的廢品是與鑄錠存在的缺陷有關(guān)，另外，凝固錠坯組織也影響材料的加工性能，因此，凝固生產(chǎn)環(huán)節(jié)是金屬材料生產(chǎn)中最重要的工序；對(duì)于鋁鋰合金鑄錠的生產(chǎn)，現(xiàn)有半連續(xù)鑄造凝固技術(shù)主要存在宏觀偏析嚴(yán)重的特點(diǎn)。偏析對(duì)鑄錠質(zhì)量影響很大，枝晶偏析一般通過加工和熱處理可以消除，但在枝晶臂間距較大時(shí)不能消除，會(huì)給制品造成電化學(xué)性能不均勻；晶界偏析使易熔共晶富集在晶粒邊界呈網(wǎng)狀組織，易使鑄錠在冷卻過程中產(chǎn)生熱裂，并使制品易發(fā)生晶界腐蝕；宏觀偏析會(huì)使鑄錠及加工產(chǎn)品的組織和性能很不均勻，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鑄錠的加工性能和成品率降低，使材料成本提高，各類偏析都是凝固過程中溶質(zhì)再分布的必然結(jié)果。鋁鋰合金相比其他普通鋁合金更容易發(fā)生偏析，主要有以下原因：1)Li的密度僅為鋁的1/5，因此比重偏析使鋰很難均勻地加入鋁中，據(jù)報(bào)道含1％鋰的鋁合金中，約1/20的鋰原子在熔體內(nèi)部，約1/2的鋰原子在相界。2)Li是表面活性物質(zhì)，在熔體中有很高的遷移率，另外金屬Li的熔點(diǎn)(182℃)與Al相差較大，因此，在鋁鋰合金的凝固過程中Li原子容易脫溶形成結(jié)晶的第二相；3)Li可以大幅度降低熔體表面張力，添加1％的鋰，表面張力降低60％。這大大促進(jìn)了Cu、Mg、Mn、Zn等其他合金元素的擴(kuò)散，導(dǎo)致它們?cè)诰Ы缟掀鲂纬傻腿埸c(diǎn)共晶相和粗大難溶第二相，這些粗大第二相在晶界處斷斷續(xù)續(xù)，分布很不均勻，這會(huì)導(dǎo)致鑄錠在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)熱裂，以及材料韌性較低等。因此，用鑄錠冶金法很難制備Li質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3％的Al-Li合金，不能滿足輕型合金的要求，在制備低Li含量鋁鋰合金過程中也會(huì)因?yàn)槠鰧?dǎo)致性能不穩(wěn)定，成品率低，成本提高等。要想獲得化學(xué)成分均勻無偏析的鋁鋰合金錠坯，有兩個(gè)努力方向，一個(gè)是讓整個(gè)錠坯所有位置都以非常緩慢且相同的冷卻速度凝固，給合金原子足夠長(zhǎng)的時(shí)間來擴(kuò)散均勻；另一個(gè)就是快速凝固，瞬間將均勻的液態(tài)合金熔體凝固為固態(tài)，讓合金原子來不及擴(kuò)散偏聚；然而實(shí)際生產(chǎn)中幾乎不可能采用第一種方式，通常的做法仍然是不斷改進(jìn)鑄造技術(shù)，從模鑄到半連續(xù)鑄造，不斷提高冷卻速率。然而錠坯規(guī)格越大，冷卻過程中錠坯內(nèi)部和表面的溫度梯度越大，冷卻速度相差越大，越容易導(dǎo)致宏觀偏析致使錠坯開裂報(bào)廢，因此，傳統(tǒng)鑄造技術(shù)很難生產(chǎn)出三維大規(guī)格鋁鋰合金錠坯。還有就是使用粉末冶金，先快速凝固將鋁鋰合金制備成化學(xué)成分均勻的粉末，再通過壓制、燒結(jié)生產(chǎn)出鋁鋰合金錠坯；但是粉末冶金除過工序長(zhǎng)，粉末表面易氧化引入雜質(zhì)，難以致密化等缺點(diǎn)外，大規(guī)格也是其無法突破的瓶頸，很難采用粉末冶金生產(chǎn)滿足航空航天大規(guī)格鋁鋰合金錠坯的需求。綜上，工業(yè)規(guī)格鋁鋰合金的生產(chǎn)具有很大的技術(shù)瓶頸，采用傳統(tǒng)鑄造技術(shù)幾乎不能夠很好生產(chǎn)出滿足工業(yè)化應(yīng)用的三維大規(guī)格鋁鋰合金錠坯，目前尚無利用噴射成形技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)規(guī)格鋁鋰合金的報(bào)道；因此，發(fā)明一種鋁鋰合金的噴射成形方法對(duì)鋁鋰合金的大規(guī)模應(yīng)用有重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋁鋰合金的噴射成形方法。一種鋁鋰合金的噴射成形方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)按合金化學(xué)成分的質(zhì)量百分比稱料；(2)將鋁鋰合金的組成成分在熔煉爐中熔化，并添加覆蓋劑保護(hù)，熔化溫度為700～800℃；(3)對(duì)合金熔體進(jìn)行精煉，精煉溫度為700～750℃；(4)精煉后靜置10～30min，然后進(jìn)行過濾；(5)將過濾后的合金熔體注入漏包中，合金熔體從難熔噴嘴中噴射至接收盤成形。優(yōu)選地，所述步驟(1)中合金化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為L(zhǎng)i1.0～8.0％，其他合金為Cu、Mg、Zr、Ag、Zn、Mn、Ti中的1～6種。優(yōu)選地，所述步驟(2)中的鋁鋰合金組成成分的比例為L(zhǎng)i1.0～8.0％、Cu1.00～4.50％、Mg0.30～0.70％、Zr0.06～0.16％、Ag0.20～0.70、Zn0.22～0.8％、Mn0.20～0.50％、Ti0.04～0.12％另外可含小于0.15％的Re或者Sc，余量為純Al。優(yōu)選地，所述步驟(2)～(4)在Ar環(huán)境中進(jìn)行。優(yōu)選地，所述步驟(2)中所使用的覆蓋劑為L(zhǎng)iCl、KCl。優(yōu)選地，所述步驟(3)中精煉使用的是Ar，實(shí)施方法是向合金熔體深度2/3處通入Ar30min以上。優(yōu)選地，所述步驟(4)靜置過程中向合金熔體所在保護(hù)裝置中持續(xù)通入Ar，保持與大氣環(huán)境壓力1.1倍以上的正壓。優(yōu)選地，所述步驟(5)中噴射前先用Ar對(duì)沉積室、管道進(jìn)行清洗，待沉積室充滿Ar，保持與大氣環(huán)境壓力1.05倍以上的正壓。優(yōu)選地，所述步驟(5)中難熔噴嘴噴射參數(shù)為噴射角度5～35°，霧化壓力0.2～1.0MPa，霧化溫度為700～950℃，接收盤的轉(zhuǎn)速為25～55r/min，接收盤下降速度為3～9mm/s，難熔噴嘴與鋁鋰合金錠坯之間的接收距離300～700mm，鋁鋰合金錠坯的成形速率不低于10kg/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明制備的鋁鋰合金錠坯規(guī)格為直徑大于＞Φ300mm，形狀規(guī)則，致密度高，化學(xué)成分均勻無宏觀偏析。(2)本發(fā)明成形速率高，工藝穩(wěn)定性良好，錠坯成品率高。(3)本發(fā)明可用來穩(wěn)定生產(chǎn)第二代、第三代、第四代成熟牌號(hào)鋁鋰合金，也可以用來生產(chǎn)更高Li含量的超低密度鋁鋰合金錠坯。附圖說明圖1為本發(fā)明一種鋁鋰合金的噴射成形裝置的示意圖。圖中，1、漏包，2、沉積室，3、第一氣路閥門，4、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，5、接收盤，6、鋁鋰合金錠坯，7、第二氣路閥門，8、難熔噴嘴。具體實(shí)施方式參見圖1，一種鋁鋰合金的噴射成形方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)按合金化學(xué)成分的質(zhì)量百分比稱料；(2)將鋁鋰合金的組成成分在熔煉爐中熔化，并添加覆蓋劑保護(hù)，熔化溫度為700～800℃；(3)對(duì)合金熔體進(jìn)行精煉，精煉溫度為700～750℃；(4)精煉后靜置10～30min，然后進(jìn)行過濾；(5)將過濾后的合金熔體注入漏包1中，合金熔體從難熔噴嘴8中噴射至接收盤5成形。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(1)中合金化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為L(zhǎng)i1.0～8.0％，其他合金為Cu、Mg、Zr、Ag、Zn、Mn、Ti中的1～6種。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(2)中的鋁鋰合金組成成分的比例為L(zhǎng)i1.0～8.0％、Cu1.00～4.50％、Mg0.30～0.70％、Zr0.06～0.16％、Ag0.20～0.70、Zn0.22～0.8％、Mn0.20～0.50％、Ti0.04～0.12％另外可含小于0.15％的Re或者Sc，余量為純Al。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(2)～(4)在Ar環(huán)境中進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(2)中所使用的覆蓋劑為L(zhǎng)iCl、KCl。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(3)中精煉使用的是Ar，實(shí)施方法是向合金熔體深度2/3處通入Ar30min以上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(4)靜置過程中向合金熔體所在保護(hù)裝置中持續(xù)通入Ar，保持與大氣環(huán)境壓力1.1倍以上的正壓。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(5)中噴射前先用Ar對(duì)沉積室2、管道進(jìn)行清洗，待沉積室2充滿Ar，保持與大氣環(huán)境壓力1.05倍以上的正壓。在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(5)中難熔噴嘴8噴射參數(shù)為噴射角度5～35°，霧化壓力0.2～1.0MPa，霧化溫度為700～950℃，接收盤5的轉(zhuǎn)速為25～55r/min，接收盤5下降速度為3～9mm/s，難熔噴嘴8與鋁鋰合金錠坯6之間的接收距離300～700mm，鋁鋰合金錠坯6的成形速率不低于10kg/min。實(shí)施例1：2195鋁鋰合金錠坯的生產(chǎn)；1)合金重量百分比：Cu4.0％、Ag0.4％、Li1.2％、Zr0.12％、Mg0.56％、Zn0.25％、Ti0.1％、Fe<0.15％、Si＜0.12％、Al余量。2)將稱好的鋁鋰合金組成成分在熔煉爐中熔化，使用LiCl和KCl比例1：1作為覆蓋劑，熔化溫度為740℃。3)待所有合金都熔化完畢后，向熔體深度2/3處通入Ar30min進(jìn)行精煉。4)精煉后靜置30min，然后進(jìn)行過濾。5)將過濾后的合金熔體注入漏包1中，合金熔體從難熔噴嘴8中噴射至接收盤5成形。難熔噴嘴8噴射參數(shù)為噴射角度15°，霧化壓力0.6MPa，霧化溫度為760℃，接收盤5的轉(zhuǎn)速為40r/min，接收盤5下降速度為3mm/s，難熔噴嘴8與鋁鋰合金錠坯6之間的接收距離490mm，鋁鋰合金錠坯6的成形速率為16kg/min，獲得規(guī)格為Φ400×1200mm鋁鋰合金錠坯；測(cè)量錠坯的致密度為98.5％，組織為均勻細(xì)小等軸晶，晶粒尺寸為10～30μm，利用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的4510原子吸收分光光度計(jì)檢測(cè)2195噴射圓錠頭、中、尾以及頭端圓錠芯部、半徑二分之一處、表面主要元素含量，測(cè)試結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明圓錠化學(xué)成分均勻表1噴射成形2195圓錠主要元素檢測(cè)結(jié)果實(shí)施例2：2099鋁鋰合金錠坯的生產(chǎn)；Li1.0～8.0％、Cu1.00～4.50％、Mg0.30～0.70％、Zr0.06～0.16％、Ag0.20～0.70、Zn0.22～0.8％、Mn0.20～0.50％、Ti0.04～0.12％1)合金重量百分比：Cu2.7％、Ag0.4％、Li1.8％、Zr0.08％、Mg0.30％、Zn0.7％、Mn0.3％、Ti0.1％、Fe<0.07％、Si＜0.05％、Al余量。2)將稱好的鋁鋰合金組成成分在熔煉爐中熔化，使用LiCl和KCl比例1：1作為覆蓋劑，熔化溫度為740℃。3)待所有合金都熔化完畢后，向熔體深度2/3處通入Ar35min。4)精煉后靜置30min，然后進(jìn)行過濾。5)將過濾后的合金熔體注入漏包1中，合金熔體從難熔噴嘴8中噴射至接收盤5成形。難熔噴嘴8噴射參數(shù)為噴射角度18°，霧化壓力0.5MPa，霧化溫度為760℃，接收盤5的轉(zhuǎn)速為40r/min，接收盤5下降速度為3.2mm/s，難熔噴嘴8與鋁鋰合金錠坯6之間的接收距離485mm，鋁鋰合金錠坯6的成形速率為15kg/min，獲得規(guī)格為Φ350×1200mm鋁鋰合金錠坯；測(cè)量錠坯的致密度為98.4％，組織為均勻細(xì)小等軸晶，晶粒尺寸為10～30μm，利用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的4510原子吸收分光光度計(jì)檢測(cè)2099噴射圓錠頭、中、尾以及頭端圓錠芯部、半徑二分之一處、表面主要元素含量，測(cè)試結(jié)果如表2所示。表2噴射成形2099圓錠主要元素檢測(cè)結(jié)果主要元素含量％CuLiZnMn頭部2.681.760.680.29中部2.711.770.690.29尾部2.691.800.700.30頭端芯部2.701.790.700.28頭端半徑1/2處2.671.780.690.31頭端表面2.681.780.680.29實(shí)施例3：VL30鋁鋰合金錠坯的生產(chǎn)；1)合金重量百分比：Li3.0％、Cu1.0％、Mg0.7％、Fe<0.07％、Si＜0.05％、Al余量。2)將稱好的鋁鋰合金組成成分在熔煉爐中熔化，使用LiCl和KCl比例1：1作為覆蓋劑，熔化溫度為710℃。3)待所有合金都熔化完畢后，向熔體深度2/3處通入Ar40min。4)精煉后靜置30min，然后進(jìn)行過濾。5)將過濾后的合金熔體注入漏包1中，合金熔體從難熔噴嘴8中噴射至接收盤5成形。難熔噴嘴8噴射參數(shù)為噴射角度22°，霧化壓力0.4MPa，霧化溫度為730℃，接收盤5的轉(zhuǎn)速為40r/min，接收盤5下降速度為3.5mm/s，難熔噴嘴8與鋁鋰合金錠坯6之間的接收距離450mm，鋁鋰合金錠坯6的成形速率為12kg/min，獲得規(guī)格為Φ300×1000mm鋁鋰合金錠坯；測(cè)量錠坯的致密度為98.0％，組織為均勻細(xì)小等軸晶，晶粒尺寸為20～50μm；利用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的4510原子吸收分光光度計(jì)檢測(cè)VL30噴射圓錠頭、中、尾以及頭端圓錠芯部、半徑二分之一處、表面主要元素含量，測(cè)試結(jié)果如表3所示。表3噴射成形VL30圓錠主要元素檢測(cè)結(jié)果主要元素含量％CuLiMg頭部0.982.960.69中部1.12.970.67尾部1.02.960.68頭端芯部0.992.990.70頭端半徑1/2處0.982.980.69頭端表面0.982.980.69本發(fā)明技術(shù)方案在上面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3