含锶钪2099铝锂合金的固溶处理

　　铝锂合金具有的低密度、高比弹性模量、高比强度、优良的耐低温性能和卓越的超塑成形性能等众多显著的优势使其成为21世纪航空航天领域最具竞争力的轻质高强结构材料[1-2]。2099铝锂合金是当今世界上最先进的铝锂合金之一，具有高比弹性模量、高比强度、高损伤容限、高抗腐蚀性、高耐超低温性能和高热暴露稳定性能。目前该合金已应用于世界上最大的飞机A380上，应用于地板梁、座椅导轨、紧急舱地板等部位，并被西方国家研究用来作为超低温燃料贮箱用材，也是我国大飞机项目急需的高性能铝合金之一[3-9]。

　　2099铝锂合金系美国空军Wright材料实验室、Dayton大学、Alcoa公司合作研发，由于技术保密，有关其制备加工方面的报导几乎是空白。固溶处理是提高铝合金性能最有效的方法，其目的在于尽量提高合金溶质原子的过饱和固溶度，增加时效过程中的相变驱动力，促进时效过程中细小强化相的大量析出，从而起到强化合金的效果[10-11]。本文对一种含锶钪2099型铝锂合金(2099-Sr-Sc)的固溶处理工艺进行了研究。

　　1 试验材料及方法

　　试验材料为添加了锶、钪微合金化元素的高锌2099 铝合金挤压材。制备材料选用工业纯金属(Al、Li、Zn、Mg)和中间合金(Al-50% Cu、Al-10%Mn、Al-4%Zr、Al-10% Sr、Al-2% Sc)，电阻炉熔炼，温度控制在800℃ ，金属模浇注，并进行475℃×24h均匀化处理。经SPECTRO MAXx光谱仪实测其化学成分如表1所示。进行挤压工艺时，先将其置于478℃ 保温8h，之后挤压成直径为30mm的圆棒，挤压比近似为21.5。将挤压圆棒进行热机械加工，包括540℃×2h固溶、400℃×48h过时效后立即沿轴向进行约50%大应变变形。在加工好的材料中切割制样并分为1号和2号两组，分别进行HT1(540℃×2h)固溶和HT2(540℃×2h+550℃×2h)固溶，之后都进行双级时效(121℃×14h+181℃×48h)。试样方向标记以垂直于原挤压材(棒料) 轴线的面为 X面，以平行于原挤压材轴线的面为Y面，如图1所示。

　　晶间腐蚀试验参照标准GB/T 7998—2005《铝合金晶间腐蚀测定方法》和ASTM G110—1997《StandardPractice for Evaluating Intergranular Corrosion Resistanceof Heat Treatable Aluminum Alloys by Immersion inSodium Chloride+Hydrogen Peroxide Solution》进行。腐蚀溶液为57g/L NaCl+10mL/L HCl，将试验样品悬挂其中浸泡6h，环境温度控制在(35±3)℃，面容比不大于20mm2/mL，避免各试样以及容器之间的相互接触。剥落腐蚀试验参照标准GB/T 22639—2008《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》和ASTM G34—2001《Standard Test Method for Exfoliation CorrosionSusceptibility in 2XXX and 7XXX Series Aluminum》进行，采用标准EXCO溶液(4.0mol/L NaCl+0.5mol/LKNO3+0.1mol/LHNO3)，试样被腐蚀面朝上并浸泡48h，温度控制在(25±2)℃，腐蚀介质与腐蚀面积之比为20mm2/mL。试样腐蚀结束后，用浓度为30%稀硝酸洗净并吹干，数码相机拍照。硬度测试采用HV-1000型显微硬度计，所加载荷为200g，加载持续时间25s，每个试样测量5次取平均值。导电率测试采用7501型涡流电导仪。采用Nikon EPIPHOH 300金相显微镜观察微观形貌。