5A90合金板材空气炉中间退火工艺研究.pdf

0前言5A90 铝锂合金为作为典型的 Al-Mg-Li 系铝合金，是国产化密度最低的铝合金1-2。同时该合金还具有高弹性模量、高比强度、高比刚度以及优良的耐腐蚀性能，是在飞行器壁板、垂尾、承力桁条等关键零件中获得了较为成熟的应用，满足了我国航空航天飞行器的轻量化需求3。5A90铝锂合金板材的生产工序繁杂，目前西南铝5A90合金板材生产时需多次进行盐浴中间淬火。铝锂合金材料在盐浴炉中进行热处理时，盐浴槽一旦超温，就有发生爆炸的风险，存在极大安全隐患。本文对5A90板材空气炉中间退火工艺进行了研究，为5A90铝锂合金的工业化生产提供更多工艺选择。1实验材料及方法实验材料为7.0 mm厚度的5A90合金板材，材料化学成分见表1。表15A90合金化学成分（质量分数/%）Si0.15Fe0.15Mg4.56.0Li1.92.3Ti0.15Na0.0015Al余量退火实验在箱式空气热处理炉中进行，工业规格退火试制则采用10 t级空气循环炉，退火后在1650 mm轧机冷轧。实验方案见表2。拉伸试样的取样方向均为板材纵向（L方向），每组至少3个平行试样。表2退火实验方案试验类别退火温度实验退火保温时间实验退火冷却速度实验工业级试制退火温度/380、400、420、440、450、460、470、480、500、520460460450480退火保温时间/min7050、60、70705070退火冷却速度/h-1水淬水淬10、30、40、50、75、空冷300400T6热处理制度未进行T6热处理未进行T6热处理未进行T6热处理460/20 min固溶120/68 h时效2实验结果与讨论2.1 退火温度对力学性能的影响380520 退火温度实验具体力学性能如表3及图1所示。随着退火温度的升高，材料的抗拉强度、屈服强度不断降低，延伸率则先升高后降低，450460 退火时，综合力学性能最佳。5A90合金板材空气炉中间退火工艺研究耿丽博，毛雪晶，罗鹍，游文（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 401326）摘要：研究了中间退火温度、保温时间、冷却速度对5A90合金板材组织与性能的影响。结果表明，5A90合金板材在450460 退火保温70 min，快速空冷时，材料综合力学性能最佳。退火过程形成脱锂层组织，脱锂层对力学性能的影响较小。关键词：5A90铝锂合金；中间退火；组织与性能；脱锂层中图分类号：TG146.21，TG166.3文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）05-0029-05doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.05.06作者简介：耿丽博（1992-），女，河南洛阳人，硕士，主要从事铝合金材料加工研究。收稿日期：2023-01-102023年第5期总第274期铝加工工艺技术 29表3不同退火温度下的力学性能温度/380400420440450460470480500520屈服强度/MPa244230245229205206200204204191抗拉强度/MPa419401413409401401388390391384延伸率/%11.711.510.312.124.725.025.324.224.223.6图1退火温度对5A90板材力学性能的影响2.2 退火保温时间对力学性能的影响退火保温时间实验具体力学性能结果见表4。5070 min保温后，5A90板材的力学性能相差很小，退火保温70 min较佳。表4不同退火保温时间下的力学性能保温时间/min506070屈服强度/MPa204200203抗拉强度/MPa389388388延伸率/%26.325.826.72.3 退火冷却速度对力学性能的影响退火冷却速度实验力学性能如表 5 及图 2 所示。随炉缓冷的材料强度与延伸率随冷却速度的提高整体呈上升趋势，快速空冷的力学性能远高于随炉缓冷。5A90合金板材空气炉退火的最佳冷却方式为直接出炉快速空冷。表5不同退火冷却速度下的力学性能试样编号1#2#3#4#5#6#退火冷却速度/h-11030405075空冷屈服强度/MPa183193195189193243抗拉强度/MPa340358366358370416延伸率/%14.513.714.515.815.021.7图2退火冷却速度对5A90板材力学性能的影响材料的加工塑性与合金成分和中间退火有关。合金成分方面，5A90因高Li、高Mg含量造成塑性较差。退火工艺方面，温度和冷却速度会影响析出相的种类、尺寸大小及体积分数，5A90合金退火过程会析出大尺寸、大体积分数的脆性S（Al2Mg-Li）相和大量Al3Li相，以及Al3Li/Al3Zr的复合相，脆性S相会严重降低塑性。因此5A90合金退火要选择合适的退火温度和冷却速度，尽量减少脆性相的析出，包括限制脆性相的体积分数和尺寸大小4。2.4 显微组织分析对空气炉退火后的5A90板材进行显微组织分析，结果表明，5A90板材表层形成一层发灰的、与基体有清晰界限的组织（图3），而原始热轧板上并没有该层组织。能谱分析（图4）发现该层组织与其他区域相比Mg含量减少，表明其Li含量同样减少，即板材表面形成了脱锂层5。退火温度强度MPa延伸率退火冷却速度h-1强度MPa延伸率耿丽博，等：5A90合金板材空气炉中间退火工艺研究工艺技术 30表6显示了不同退火冷却速度下5A90板材的脱锂层检测结果。5A90合金板材空气炉退火不同冷却速度下，脱锂层有差异。快速空冷的脱锂层厚度约为3555 m，而不同冷却速度随炉缓冷的板材的脱锂层厚度相当，均大于快速空冷。表6退火冷却速度实验脱锂层检测结果试样编号1#2#3#4#5#6#冷却速度/h-11030405075空冷脱锂层厚度/m最大值706060608050最小值6050554065352.5 脱锂层的形成及影响取空气炉退火后的板材试样进行薄膜XRD检测，结果见图5。经物相PDF卡片库比对分析，表面白色物质为 LiH。证明 400500 加热时，5A90 合金中的 Li 由高浓度区域向低浓度区域逸散，表层的Li与空气中的H2O、H2反应生成LiH附着在板材表面6，反应又会促进Li的逸出，板材表层就形成了少Li的脱锂层组织。处于高温环境下时间越长脱锂层越厚。为验证上述脱锂层组织对板材的影响，将7.0 mm5A90 合金热轧板进行空气炉退火工业化试制，图6、图7为空气炉退火、冷轧后的3.0 mm、1.0 mm厚度的5A90板材显微组织。结合表7力学性能可以发现，空气炉退火试制的不同厚度5A90板材力学性能均满足国军标，且有一定富余量。同个厚度规格的板材脱锂层厚度有所差异。脱锂层厚度相等时，板材的力学性能也高低不一。这表明了脱锂层与板材力学性能的相关性较小。5A90合金板材力学性能的差异可能主要受到轧制变形量、热处理强化相析出、加工硬化效应等的影响7-8。（a）原始7.0 mm厚度热轧板（b）460，保温70 min，水淬（c）460，保温70 min，30/h冷却图3退火后5A90板材的金相组织谱图1元素MgAl总量质量分数/%4.9595.02100.00原子百分比/%5.5094.50谱图2元素MgAl总量质量分数/%5.3294.68100.00原子百分比/%5.8794.13图45A90空气炉退火板材能谱分析结果谱图1谱图2100m100m200m200m100m100m电子图谱1电子图谱1100m100m2023年第5期总第274期铝加工工艺技术 31表7所试制的 5A90-T6板材力学性能与脱锂层厚度成品厚度/mm3.03.02.02.01.01.0国军标屈服强度/MPa346353328334324332326331300316300306255抗拉强度/MPa476487467475456471462468432443435442410延伸率/%6.07.56.58.56.07.56.58.56.010.07.09.56脱锂层厚度/m4530355565553结论（1）对于5A90铝锂合金热轧板，空气炉退火工艺为450460，保温70 min，出炉快速空冷时，可获得最佳综合力学性能。（2）空气炉退火的5A90板材表面存在一层发灰的、与基体组织界限清晰的组织，厚度为微米级别，经检测为脱锂层组织。（3）脱锂层组织对力学性能的影响较小。参考文献1肖寒.5A90铝锂合金板材电流辅助成形与组织性能调控一体化技术D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2020：9-10.2张思平，冯朝辉.5A90板材固溶热处理工艺研究J.铝加工，2018，（5）：52-54.3卢健，陆政，杨天，等.5A90铝锂合金真空熔炼技术研究J.世界有色金属，2019，（6）：188-190.4Davydov V G，Bratuchin A G，Ber L B，et al.Influenceof Phase Composition on Plasticity of Al-Li Alloys duriingCold Workingc/.Process 6th International of Al-Li AlloysConference.1992：265-270.5王燕.1420CZ铝锂合金型材表面黑白斑点问题的研究J.铝加工，2018（1）：6-7.6周东海，凌秋云.铝锂合金的熔铸工艺研究C/第三届全国铝锂合金研讨会.重庆：1996：15-17.7Davydov V G，Fridlyander I N，Samarina M V，et al.TheHeat Treatment of Al-Cu-Li Alloys Ensured the Stability ofStructure and Properties at Long Low Temperature ExposureC/International Comfornce Aluminium Alloys，2000：1049-1054.8Liu B X.Effect of electric field heat treatment on microstruc-ture and properties of alloy1420J.Material Science andTechnology，2002（2）：156-159.（a）试样表面（b）定位试样（c）PDF卡片对比结果图5表面薄膜XRD检测结果脱锂层45 m脱锂层65 m图6空气炉退火试制的3.0 mm厚度板材金相组织图7空气炉退火试制的1.0 mm厚度板材金相组织500m500m500m耿丽博，等：5A90合金板材空气炉中间退火工艺研究工艺技术 32Study on intermediate annealing process of 5A90 alloy sheetin air furnaceGeng Libo,Mao Xuejing,Luo Kun,You Wen(Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)Abstract:The effects of intermediate annealing temperature,holding time and cooling rate on the microstructure and mechanicalproperties of 5A90 alloy sheet were studied.The results show that the comprehensive mechanical properties of 5A90 alloy sheet werethe best when it was annealed at 450460 for 70 min and rapidly cooled by air.The structure of delithiated layer was formed during annealing,and the effect of which on mechanical properties was slight.Key words:5A90 Al-Li alloy;intermediate annealing;microstructure and mechanical properties;delithiated layer力拓三季度铝产量82.8万吨 同比环比皆增长力拓公布2023年三季度业绩报告显示，三季度，公司铝土矿产量1390万吨，同比上涨2%，环比上涨3%；铝产量82.8万吨，同比上涨9%，环比上涨2%。前三季度，力拓铝土矿产量累计达到3950万吨，同比下滑5%；铝产量累计达到242.7万吨，同比上涨9%。威斯康星铝铸造厂将扩建工厂据外媒报道，威斯康星铝铸造厂（Wisconsin Aluminum Foundry，简称WAF）计划对其制造工厂扩建约4 700 m2，同时对约1 100 m2的办公空间进行翻修。Cinnaire是一家代表美国政府向开发商和非营利组织提供投资和贷款的公司，该公司正在为该项目提供1100万美元的新市场税收抵免。WAF项目将分两阶段进行。新建的工业部分将于2024年3月完成，而办公室改造将于2024年10月完成。国家统计局：19月中国十种有色金属产量同比增6.8%国家统计局数据显示，9月有色金属冶炼和压延加工业增加值同比增长8.4%，19月累计增加值同比增长7.8%；9月份十种有色金属产量为642万吨，同比增长7.3%；19月累计产量为5502万吨，累计同比增长6.8%。其中电解铝9月份产量为358万吨，同比增长5.3%；19月电解铝产量为3081万吨，累计同比增长3.3%。2023年8月全球精炼铝供应短缺0.17万吨世界金属统计局(WBMS)公布的最新报告显示，2023年8月，全球精炼铝产量为590.58万吨，消费量为590.75万吨，供应短缺0.17万吨。俄铝拟19.11亿元人民币收购河北文丰新材料30%股权近日，俄铝发布公告表示，俄铝与河北文丰实业集团有限公司订立协议，河北文丰实业集团有限公司同意出售河北文丰新材料全部股权的30%，代价为人民币19.11亿元。作为交易的一部分，卖方河北文丰新材料控制人士及买方将订立股东协议，以规管河北文丰新材料各股东权利及责任以及河北文丰新材料的事务处理，包括但不限于所有权、管理及经营。河北文丰新材料公司位于河北省曹妃甸区，拥有并经营一间氧化铝精炼厂，年度额定产能为4.8百万吨冶金级煅烧氧化铝。买方与卖方将按各自的股权比例分占所生产的氧化铝。2023年第5期总第274期铝加工工艺技术/信息报道 33