宫 成,王 兵,史月龙,单嗣宏, 张 豪

(1.天津航天长征技术装备有限公司,天津 300462;2.首都航天机械有限公司,北京 100076;3.江苏豪然喷射成形技术有限公司,江苏 镇江 212000)

2195铝锂合金具有低密度、高强度、高模量、可焊性的特点,目前主要用于飞船承力结构件和武器末级上,用其代替传统 2219铝合金可使结构质量减轻10%～15%,强度提升30%。但该材料在锻造生产过程中常出现各向异性差、热处理调控难、晶粒难以细化和混晶等问题。目前国外对于2195铝锂合金环筒件已应用到运载火箭贮箱和过渡段上,国内某铝厂已成功生产出5m级2195铝锂合金环,但各向异性差的问题依然未能解决,这些问题的出现难以满足宇航产品严苛的服役条件。

1 2195铝锂合金环筒形锻件生产技术难题

1.1 产品各向异性较为严重

2195铝锂合金环筒形壳段产品在锻压和热处理过程中,受制造过程和热处理制度的影响,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铝锂合金的主要强化相,在晶内主要呈现为长针状。这些定向析出的第二相会在晶界聚集,此外晶粒容易沿环向被拉长,条状析出带也沿环向分布,导致环向性能裕度较大,而径轴向性能远低于指标要求,如图1和表1所示。

表1 某2195产品三向力学性能实测值

图1 锻件内部被拉长的晶粒组织

1.2 晶粒难以有效细化

铸锭在开坯、冲孔后和扩孔过程中存在易变形区、难变形区和变形死区,不同变形程度和变形温度部位容易形成晶粒大小不一致的情况,热处理时由于锻造加工历史原因,晶粒粗大、均匀性差和晶粒环向被拉长的现象时有发生,如图2所示。……