高強度、低各向異性2195鋁鋰合金環筒形鍛件鍛造及熱處理工藝研究

宮 成,王 兵,史月龍,單嗣宏, 張 豪

(1.天津航天長征技術裝備有限公司,天津 300462;2.首都航天機械有限公司,北京 100076;3.江蘇豪然噴射成形技術有限公司,江蘇 鎮江 212000)

2195鋁鋰合金具有低密度、高強度、高模量、可焊性的特點,目前主要用于飛船承力結構件和武器末級上,用其代替傳統 2219鋁合金可使結構質量減輕10%～15%,強度提升30%。但該材料在鍛造生產過程中常出現各向異性差、熱處理調控難、晶粒難以細化和混晶等問題。目前國外對于2195鋁鋰合金環筒件已應用到運載火箭貯箱和過渡段上,國內某鋁廠已成功生產出5m級2195鋁鋰合金環,但各向異性差的問題依然未能解決,這些問題的出現難以滿足宇航產品嚴苛的服役條件。

1 2195鋁鋰合金環筒形鍛件生產技術難題

1.1 產品各向異性較為嚴重

2195鋁鋰合金環筒形殼段產品在鍛壓和熱處理過程中,受制造過程和熱處理制度的影響,容易沿晶界析出δ′相-A13Li 非共格相、θ′相和 T1(Al2CuLi)相[1-3],其中T1相是 2195鋁鋰合金的主要強化相,在晶內主要呈現為長針狀。這些定向析出的第二相會在晶界聚集,此外晶粒容易沿環向被拉長,條狀析出帶也沿環向分布,導致環向性能裕度較大,而徑軸向性能遠低于指標要求,如圖1和表1所示。

表1 某2195產品三向力學性能實測值

圖1 鍛件內部被拉長的晶粒組織

1.2 晶粒難以有效細化

鑄錠在開坯、沖孔后和擴孔過程中存在易變形區、難變形區和變形死區,不同變形程度和變形溫度部位容易形成晶粒大小不一致的情況,熱處理時由于鍛造加工歷史原因,晶粒粗大、均勻性差和晶粒環向被拉長的現象時有發生,如圖2所示。……