权利要求
1.一种
铝锂合金热处理方法，其特征是，将铝锂合金分段升温至400-440℃，保温，然后置于500-510℃下，保温，冷却至室温;
所述分段升温时，控制所述铝锂合金的升温速率不大于1℃/min，所述分段升温至少分为三段，每次升温完成后保温，每段保温温度的间隔温差为50-70℃，首次升温后的保温温度为230-250℃。
2.如权利要求1所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，首次升温为从室温升温至240℃。
3.如权利要求1或2所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，每段保温温度的间隔温差为60℃。
4.如权利要求1或2所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，所述分段升温分为四段。
5.如权利要求1或2所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，所述分段升温时，升温完成后保温时间为7-9h。
6.如权利要求1或2所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，将铝锂合金分段升温至420℃，保温，然后置于505℃下，保温1h，水淬冷却至室温。
7.如权利要求1或2所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，置于500-510℃下，保温，冷却至室温后，进行时效处理。
8.如权利要求7所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，所述时效处理为160℃下进行65h保温。
9.如权利要求1或2所述的铝锂合金热处理方法，其特征是，所述铝锂合金为经过旋挤热变形得到的带筋筒壳。
10.一种带筋筒壳，其特征是，采用如权利要求1-9任一项所述的铝锂合金热处理方法得到。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于航空航天材料制备技术领域，具体涉及一种铝锂合金热处理方法和带筋筒壳。
背景技术
[0002]随着航天航空工业的发展，对航天运载构件的各项服役指标提出新的挑战，迫切需要提高新一代航天运载火箭筒壳构件性能，以提升结构整体性和运载能力。
[0003]筒壳作为运载火箭的主体结构，承受着箭体扭转、轴压、剪切等载荷等工况，约占全箭干重的54%―67%。采用先进的成形制造技术，结合高强的Al-Cu-Li合金，能够大幅提高构件性能，减轻结构重量，提升火箭的运载能力。
[0004]细晶强化是一种可以有效提高材料强塑性的方法。通过变形细化构件晶粒尺寸可以增加材料晶界数量和面积，协调整体变形进而提高构件强塑性。因此，通过形变和热处理工艺制备细晶组织将尤为重要。然而，为了进一步提高Al-Cu-Li合金构件性能，往往需要对构件进行固溶处理以形成析出强化所需的过饱和固溶体。但在成形位错
储能的作用下，合金在高温下发生静态再结晶程度较高，晶粒很容易发生长大从而限制构件性能。
[0005]现有专利CN115896652B、CN108034909B、CN111057975B已经详细介绍通过变形手段获得细小晶粒的方法。比较而言，现有技术涉及的变形为板材轧制，重心在于调控变形工艺，而对于成形制造的整体筒壳构件在固溶阶段保持细晶方法亟需研究解决。
发明内容
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种铝锂合金热处理方法和带筋筒壳，显著降低晶粒尺寸，同时提高产品强度和延伸率。
[0007]本发明实施例提供一种铝锂合金热处理方法，将铝锂合金分段升温至400-440℃，保温，然后置于500-510℃下(通过转移的方式进行，升温速率快，升温速率大于100℃/min，一般都大于200℃/min)，保温，冷却至室温;
所述分段升温时，控制所述铝锂合金的升温速率不大于1℃/min，所述分段升温至少分为三段，每次升温完成后保温，每段保温温度的间隔温差为50-70℃，首次升温后的保温温度为230-250℃。
[0008]优选的，首次升温为从室温升温至240℃。
[0009]优选的，每段保温温度的间隔温差为60℃。
[0010]优选的，所述分段升温分为四段。
[0011]优选的，所述分段升温时，升温完成后保温时间为7-9h。
[0012]优选的，将铝锂合金分段升温至420℃，保温，然后置于505℃下，保温1h，水淬冷却至室温。
[0013]优选的，置于500-510℃下，保温，冷却至室温后，进行时效处理。
[0014]优选的，所述时效处理为160℃下进行65h保温。
[0015]优选的，所述铝锂合金为经过旋挤热变形得到的带筋筒壳。
[0016]本发明实施例提供一种带筋筒壳，采用所述的铝锂合金热处理方法得到。
[0017]本发明的有益效果是，形变是目前主要获取细晶手段之一，然而，在塑性变形过程中，除变形时消耗的功外，还有一部分能量以弹性应变和增加合金晶体位错、空位等缺陷的形式存储起来，并且成形温度越低，形变量越大则储存能越高。整体成形制造筒壳并以逐点高压形式产生细晶往往需要大的变形量，这就导致了变形后的筒壳积累的储能比较高。因此，筒壳构件在高温固溶处理时将会发生明显的静态再结晶。在不均匀应变和储能催化下，晶粒也将发生异常长大。
[0018]本发明提供一种有效抑制变形构件在高温热处理中晶粒异常长大的方法，提出了一种多步双升温速率的退火处理工艺。通过逐级多步的中低温退火工艺，在温度场的作用下消减静态再结晶动力，抑制粗大晶粒的形成，让筒壳构件保持成形时细小晶粒。
[0019]本发明通过设计多级回复退火后快速固溶处理工艺，使旋挤热成形后得到的带筋筒壳在逐级回复退火过程中消除热变形的储能，使得带筋筒壳储能趋于均匀，随后依据快速高温固溶处理，进一步抑制晶粒不均匀长大。有效提高了旋挤筒壳晶粒组织的热稳定性，抑制其在高温固溶阶段再结晶以及粗大晶粒的形成，为提高铝锂合金构件强塑性和降低各向异性提供了优异的条件。
[0020]本发明实验结果表明，采用本发明提供的热处理方法对铝锂合金筒壳进行多级回复退火处理后，筒壳的平均晶粒尺寸仅20μm，而不经处理的合金的平均晶粒尺寸高达1500μm。未经本工艺处理的筒壳，最终T6的屈服强度为499MPa，抗拉强度为545MPa，延伸率为9.5%。经过本工艺方法处理后，筒壳构件的屈服强度和抗拉强度分别提高到了525Mpa和580MPa，延伸率提升至12.2%。
[0021]其他的热处理工艺，比如双级升温热处理，或者快速升温+慢速升温到固溶温度的热处理，或者慢速升温热处理，或者慢速升温热处理，虽然都能在一定程度上提高强度和延伸率，但是本发明相对于常规的热处理方法，强度和延伸率的提升幅度更大，晶粒尺寸更小。本发明的工艺方法可以更大程度地抑制粗大晶粒形成，提高铝锂合金构件服役性能。
附图说明
[0022]图1为本发明在热处理前的带筋筒壳实物图。
[0023]图2为本发明在热处理前的带筋筒壳的晶粒组织图。
[0024]图3为本发明对比例1热处理后得到的晶粒组织图。
[0025]图4为本发明对比例2热处理后得到的晶粒组织图。
[0026]图5为本发明对比例3热处理后得到的晶粒组织图。
[0027]图6为本发明对比例4热处理后得到的晶粒组织图。
[0028]图7为本发明对比例5热处理后得到的晶粒组织图。
[0029]图8为本发明实施例1热处理后得到的晶粒组织图。
具体实施方式
[0030]下面将结合具体实例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
[0031]本发明实施例所用合金牌号为2195合金，化学成分质量百分比为Fe<0.07%，Cu：4.10%，Li：1.10%，Mn：0.20%，Zn：0.2%，Mg：0.40%，Zr：0.11%，Ag：0.40%，其余为Al。
[0032]本实施例对象为旋挤成形得到的带筋筒壳，成形温度为420℃，筒壳尺寸为内径φ=315mm，壁厚t=3mm，长度d=300mm。
[0033]对所述带筋筒壳进行热处理，热处理工艺如下：
1)从室温升温至240℃，升温速率为1℃/min，保温8h;
2)240℃升温至300℃，升温速率为1℃/min，保温8h;
3)从300℃升温至360℃，升温速率为1℃/min，保温8h;
4)从360℃升温至420℃，升温速率为1℃/min，保温8h;
5)将经过1)~4)处理后的带筋筒壳置于505℃加热炉中(加热炉先加热到505℃，然后将带筋筒壳放进加热炉中，采用这种方式，厚度3mm左右的带筋筒壳，只需要1分钟就可以热透，相当于升温速率为480℃/min)，保温1h，然后水淬至室温以形成过饱和固溶体。
[0034]6)将热处理后带筋筒壳在160℃进行65h时效处理。
[0035]对比例1
对带筋筒壳不作任何退火处理，直接以1℃/min的慢升温速率，升温至505℃，然后在505℃，保温1h，然后水淬至室温以形成过饱和固溶体;然后将带筋筒壳在160℃进行65h时效处理。
[0036]对比例2
带筋筒壳在240℃和420℃均进行8h退火处理，慢升温速率为1℃/min，然后快速升温至505℃(直接置于505℃的加热炉中)进行1h固溶处理。即热处理工艺如下：
1)从室温升温至240℃，升温速率1℃/min，保温8h;
2)从240℃升温至420℃，升温速率1℃/min，保温8h。
[0037]后续步骤同实施例1的步骤5)-6)。
[0038]对比例3
带筋筒壳分别在240℃、300℃、360℃和420℃均进行8h退火处理，快速升温处理，然后采用慢升温速率1℃/min进行505℃/1h固溶处理。即热处理工艺如下：
1)从室温升温至240℃，升温速率≥100℃/min，保温8h;
2)240℃升温至300℃，升温速率≥100℃/min，保温8h;
3)从300℃升温至360℃，升温速率≥100℃/min，保温8h;
4)从360℃升温至420℃，升温速率≥100℃/min，保温8h;
上述升温采用的方式，都是直接将带筋筒壳置于目标温度的加热炉中，比如步骤1)中的从室温升温至240℃，是直接将室温的带筋筒壳置于240℃加热炉中，在目标温度下直接受热，1min就可以单边热透3mm
铝合金材料，所以带筋筒壳从常温到240℃，所需时间在1min以内，升温速率不小于100℃/min。
[0039]5)将经过1)~4)处理后的带筋筒壳从420℃升温至505℃，升温速率1℃/min，保温1h，然后水淬至室温以形成过饱和固溶体。
[0040]6)将热处理后带筋筒壳在160℃进行65h时效处理。
[0041]对比例4
带筋筒壳分别在240℃、300℃、360℃和420℃均进行8h退火处理，然后进行505℃/1h固溶处理，均采用慢升温速率1℃/min。热处理工艺如下：
1)从室温升温至240℃，升温速率1℃/min，保温8h;
2)240℃升温至300℃，升温速率1℃/min，保温8h;
3)从300℃升温至360℃，升温速率1℃/min，保温8h;
4)从360℃升温至420℃，升温速率1℃/min，保温8h;
5)将经过1)~4)处理后的带筋筒壳从420℃升温至505℃，升温速率1℃/min，保温1h，然后水淬至室温以形成过饱和固溶体。
[0042]6)将热处理后带筋筒壳在160℃进行65h时效处理。
[0043]对比例5
带筋筒壳分别在240℃、300℃、360℃和420℃均进行8h退火处理，快升温速率20℃/min，然后快速升温至505℃进行1h固溶处理。具体热处理工艺如下：
1)从室温升温至240℃，升温速率为20℃/min，保温8h;
2)240℃升温至300℃，升温速率为20℃/min，保温8h;
3)从300℃升温至360℃，升温速率为20℃/min，保温8h;
4)从360℃升温至420℃，升温速率为20℃/min，保温8h;
5)将经过1)~4)处理后的带筋筒壳置于505℃加热炉中(直接转移入505℃的加热炉中)，保温1h，然后水淬至室温以形成过饱和固溶体。
[0044]6)将热处理后带筋筒壳在160℃进行65h时效处理。
[0045]所有对比例1-5和实施例1所用材料和成形工艺均一致，对比各晶粒组织和力学性能差异如图2-8和表1所示。
[0046]图3-7为各个对比例的晶粒尺寸，可以看出，其平均晶粒尺寸较大。实施例1的晶粒尺寸明显小于各对比例的晶粒尺寸。
[0047]表1 各晶粒组织和力学性能差异
[0048]从表1可以看出，实施例1的晶粒明显低于各对比例，且实施例1的产品在抗拉强度、屈服强度以及延伸率上都有明显提升。
[0049]所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子;在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0050]本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
说明书附图(8)
声明：
“铝锂合金热处理方法和带筋筒壳” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：中南大学
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