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在当今世界最先进的铝锂合金中,2099铝锂合金具有最低的各向异性、最高的减重效果,同时还具有良好的抗腐蚀性、热暴露稳定性,以及杰出的耐超低温性能等,是现代航空航天、武器装备非常重要的结构材料,其相关研究技术资料处于高度保密状态。本文针对2099型铝锂合金的成分设计、微合金化(Sr、Sc)、合金制备、后续热锻压加工以及热处理工艺等进行研究探索,对其组织结构、力学性能、抗腐蚀性能等进行了研究。所取得的创新成果如下:
锶微合金化高锌2099型铝锂合金(Al-2.52Cu-1.87Li-1.19Zn-0.497Mg-0.309Mn-0.0825Zr-0.0605Sr,简称为2099-Sr合金)在HT1(固溶540℃×2 h+时效121℃×14 h+151℃×48 h)和HT2(固溶540℃×2 h+550℃×2.67 h+时效121℃×14h+151℃×48 h)两种热处理制度下,其硬度分别达到162.7 HV、154.1 HV。其抗晶间腐蚀等级分别为接近3级和4级;其抗剥落腐蚀等级分别为EA和PC。硬度、抗腐蚀性能完全超过2024-T6铝合金。与HT1态合金相比,HT2态合金硬度降低主要源自于位错密度的降低;抗晶间腐蚀性能的下降主要是由于晶粒长大,而抗剥落腐蚀性能的提高则主要可能源自于晶粒等轴性的提高。
钪和锶复合微合金化的高锌2099型铝锂合金(Al-2.57Cu-1.86Li-1.31Zn-0.420Mg-0.321Mn-0.0735Zr-0.0943Sr-0.0433Sc简称为2099-Sr-Sc合金)在HT1和HT2、HT3(固溶540℃×2 h+T6时效121℃×24h-163℃×72 h)、HT4(固溶540℃×2h+T8时效96℃×48h-149℃×24h)下的硬度值分别为174.6 HV、163.3 HV、169.2 HV、173.7 HV。其抗剥落腐蚀等级分别为PC、EC、EA、EB。2099-Sr-Sc合金在HT1和HT2状态下的晶间腐蚀等级均接近3级。与2099-Sr HT1合金相比,2099-Sr-Sc HT1合金晶粒尺寸要细小得多,证明Sc的微合金化的确起到了细化晶粒、抑制晶粒长大的作用,但抗晶间腐蚀性能并没有得到改善,说明晶间腐蚀性能除与晶粒尺寸有关外还与其他因素有关。
研究了2099型铝锂合金的真空重熔及其在T83(预压缩变形3%~4%+时效96℃×48h-149℃×24h)时效状态下的硬度、拉伸性能和抗腐蚀性能。合金的硬度为113.4~136.7 HV,导电率29.31~34.48%,抗拉强度287.5~320.6 MPa,断面延伸率21.1~24.0%,抗晶间腐蚀性能达到3级,抗剥落腐蚀性能达到UPA~PB级。但真空重熔过程中如何控制合金元素的失去是一个值得深入研究的课题。
本文的研究成果为高性能2099型铝锂合金的研制奠定了理论和技术基础,打破了国外的垄断制约。