[發明專利]一種用于Al-Cu-Mg系合金板材的蠕變時效成形方法

有效

• 申請號: 201310074621.X
• 申請日: 2013-03-09
• 公開（公告）號: CN103422035A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 鄧運來;吳波;李思宇;周良道;葉凌英;蔣裕;陳澤宇;錢敏;趙建華;張新明
• 申請（專利權）人: 中南大學;中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C22F1/047;C22F1/057
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

技術領域

本發明涉及一種改善蠕變成形鋁合金板材性能及各向異性程度的熱處理方法，適用于航空航天用Al-Cu-Mg系合金板材構件的蠕變成形，有色金屬材料加工工程技術領域。

背景技術

Al-Cu-Mg系合金屬時效強化鋁合金，具有強度高，斷裂韌性好，耐熱性，耐蝕性，抗疲勞裂紋擴展性強等諸多優點，廣泛用作航空航天的壁板、蒙皮類構件材料。研究表明，Al-Cu-Mg系合金的主要強化相Al₂CuMg、Al₂Cu在常規蠕變時效過程中，析出行為會受到外加應力作用方向的影響，導致S′、θ′相在拉應力作用的<100>_Al方向上，平行于應力方向擇優析出，壓應力作用下垂直于應力方向擇優析出，即出現所謂析出位向效應，該現象致使合金板材各向異性程度增加，引起構件性能的不均勻性。各向異性程度較為嚴重的Al-Cu-Mg系合金構件難以滿足航空航天等高端裝備的使用要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的Al-Cu-Mg系合金蠕變時效成形方法，該方法的目的在于：通過調控Al-Cu-Mg系合金的主要強化相S′、θ′在蠕變時效過程中析出，減弱析出相的位向效應，有效地降低蠕變成形后合金板材的各向異性程度，提高Al-Cu-Mg系合金的力學性能。

本發明的目的通過以下方法實現。

一種Al-Cu-Mg系合金板材的蠕變時效成形方法，Al-Cu-Mg系合金板材熱處理時，固溶后水淬，淬火后板材進行2-10%的預變形處理，然后蠕變；預變形處理時間控制在4h以內，這是為了盡可能的減少板材淬火后自然時效對合金組織性能的影響。

要求預變形處理時間越短越好。

所述的方法，所述的預變形處理為預拉伸或者預壓縮。

所述的方法，固溶、水淬的方式包括：采用490～505℃固溶50min～70min后水淬，或者采用490～505℃鹽浴爐固溶40min～60min后水淬，或者采用490～505℃固溶50min～70min后輥體爐噴淋水淬。

所述的方法，蠕變時效溫度選取150℃～200℃，蠕變時間為2～12h，蠕變應力為150MPa～300MPa。

所述的方法，Al-Cu-Mg系合金板材厚度為2mm～80mm。

本發明在熱處理中有以下考慮：通過合金固溶-淬火后和蠕變時效前的預處理，在合金中引入大量的位錯及位錯組態，使主要強化相S′、θ′在位錯結構中優先形核機制得以啟動，致使合金在蠕變初期就已經在不同的析出面上優先形核，從而也就抑制了主要強化相S′、θ′的析出位相效應。由于主要強化相擇優析出得到消除，使各個方向的力學性能差異減小，降低了板材的各向異性程度，并且提高了合金板材的力學性能。

本發明優點在于Al-Cu-Mg系合金板材固溶-淬火后，對其進行少量的預變形，調控析出相析出行為，提高合金的力學性能，降低板材的各向異性程度。該工藝方法操作簡便，效果顯著，相比運用添加貴金屬元素如Ag、Sc等元素改善合金微觀組織成分及機械性能，節約成本，易于在工業生產中實現。

采用本發明處理Al-Cu-Mg合金，與常規熱處理相比，室溫拉伸強度至少提高10%，各向異性至少降低10%。

本發明適用于2x24鋁合金，2x22等常規Al-Cu-Mg合金。其中Cu含量1.0-6.5%，Mg含量0.5-3.5%，微量元素總量不超過1.0%，雜質元素綜合不超過1.0%，余量為Al，例如2024、2124、2022等Al-Cu-Mg系列合金。

本發明所指鋁合金可采用不同的方法制備所需材料和（或）部件。蠕變時效采用中國專利2011110209737.0：一種金屬蠕變成形模具，在此模具上進行實驗。室溫拉伸實驗按照國標GB/T228-2002制成標準拉伸試樣，拉伸實驗在CSS-44100萬能材料力學拉伸機上進行，拉伸速度為2mm/min。

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明處理樣品流程圖；

圖2為經本發明處理后后樣品光學金相照片，其中a為板材厚向，b為板材軋向；

圖3為不同處理后合金<100>晶帶軸TEM明場像及電子衍射花樣照片，其中a為未經本發明處理，b為經本發明處理；

圖4為不同處理后合金<112>晶帶軸TEM明場像照片，其中a未經本發明處理，b為經本發明處理對比可以明顯看出強化相S′析出位相不同；