[發(fā)明專利]一種提高Al-Cu-Mg合金抗疲勞性能的熱處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310475471.3
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103526140A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉志義;夏鵬;李福東;魯璐青;林茂
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C22F1/057
• 分類號: C22F1/057
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開一種提高鋁合金抗疲勞性能的熱處理方法，具體涉及一種能提高Al-Cu-Mg合金抗疲勞性能的高溫固溶淬火熱處理方法。屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Al-Cu-Mg系鋁合金廣泛應(yīng)用于航空飛行器件，隨著航空科技的發(fā)展，尤其是隨著損傷容限設(shè)計理論的發(fā)展，對于Al-Cu-Mg合金，要求其要具有優(yōu)異的抗疲勞性能。與此同時，航空用鋁合金又遭遇到復(fù)合材料的強力挑戰(zhàn)，研制出抗疲勞損傷鋁合金對于未來該合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展具有重要意義。

根據(jù)已有的研究表明，對于Al-Cu-Mg系合金的抗疲勞性能的研究主要從以下幾個方面開展：Cu、Mg成分、過剩相、雜質(zhì)元素、原子團簇尺寸效應(yīng)、電場效應(yīng)、預(yù)變形效應(yīng)。研究表明低的Cu/Mg成分比的Al-Cu-Mg合金具有更為優(yōu)異的抗疲勞性能。作為耐損傷的Al-Cu-Mg合金，其抗疲勞合金組織一般為該合金自然時效態(tài)下的組織。低Cu/Mg成分比的Al-Cu-Mg合金自然時效態(tài)下，合金的時效析出處于GPB區(qū)的析出階段。自然時效析出的原子偏聚團簇被證明有利于循環(huán)加載過程中位錯的往復(fù)滑移，從而降低合金的疲勞損傷。除Cu/Mg成分比外，過剩相、雜質(zhì)、溫度對原子團簇尺寸，原子偏聚的電場效應(yīng)以及預(yù)變形引入位錯對交變應(yīng)力下滑移的影響等方面也開展了相關(guān)的研究。

對于該合金的疲勞性能，除上述影響因素外，織構(gòu)被認為是一個重要的影響因素。高斯織構(gòu)被認為是有利于該合金抗疲勞性能，這主要是因為高斯織構(gòu)組分強的Al-Cu-Mg合金，合金晶粒中較多的{111}面處在或者接近于最大外加切應(yīng)力方向，有利于位錯的往復(fù)滑移，使合金更容易產(chǎn)生駐留滑移帶，從而增強疲勞裂紋的塑性誘導(dǎo)閉合效應(yīng)，降低損傷積累，并且促進裂紋偏轉(zhuǎn)，進而降低合金的疲勞裂紋擴展速率，有效提高合金的抗疲勞性能。另外，合金冷軋態(tài)組織存在大量的位錯纏結(jié)，對于循環(huán)交變應(yīng)力下的位錯往復(fù)滑移有著不利影響。

因此，提高Al-Cu-Mg合金的抗疲勞性能，獲得強高斯織構(gòu)以及消除位錯纏結(jié)是可取的重要途徑。研究表明，合金通過固溶，可以消除冷軋態(tài)的位錯纏結(jié)，Al-Cu-Mg合金常規(guī)的固溶溫度一般為490-500℃，時間為0.5-2h，可以有效消除冷軋態(tài)的位錯纏結(jié)組態(tài)，但是，這種處理，合金會發(fā)生完全再結(jié)晶，會減弱、甚至消除高斯織構(gòu)，降低合金的抗疲勞性能，因此開發(fā)合適的固溶淬火工藝，使合金獲得較強的高斯織構(gòu)，并消除合金冷軋時產(chǎn)生位錯纏結(jié)組態(tài)，是提高Al-Cu-Mg合金的抗疲勞損傷的一種重要方法，從而對于該合金在航空航天的應(yīng)用與發(fā)展有著重要的積極意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的內(nèi)容在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種工藝方法簡單合理、可有效提高Al-Cu-Mg合金抗疲勞性能的固溶淬火熱處理工藝。

本發(fā)明一種提高鋁合金抗疲勞性能的熱處理方法，通過以下方式實現(xiàn)：

將Al-Cu-Mg合金冷軋板加熱至505-535℃，保溫1-20min，然后進行水淬處理、自然時效。

本發(fā)明一種提高鋁合金抗疲勞性能的熱處理方法，自然時效工藝為室溫下放置至少96h。

本發(fā)明一種提高鋁合金抗疲勞性能的熱處理方法，所述Al-Cu-Mg合金冷軋板的組分重量百分比為：Cu3.8-4.5%,Mg1.2-1.8%,Mn0.4-0.7%,Fe<0.12%,Si<0.06%,Zn<0.15%,Ti<0.10%,余量為Al。

本發(fā)明采用上述工藝方法，Al-Cu-Mg合金冷軋板經(jīng)505-530℃/1-25min固溶淬火處理，再在室溫下自然時效96h以上。通過較短時間的高溫固溶處理，一方面能大量減少甚至消除合金冷軋組織中的位錯纏結(jié)，另一方面，短時間的高溫短時固溶處理使合金避免發(fā)生完全再結(jié)晶而使合金呈立方織構(gòu)或者弱織構(gòu)狀態(tài)，有利于高斯織構(gòu)的獲得。位錯纏結(jié)組態(tài)的大量減少甚至消除，減少了交變應(yīng)力下位錯往復(fù)滑移的阻礙，有利于降低疲勞損傷，而較強高斯織構(gòu)的獲得，使合金晶粒中較多的{111}面處在或者接近于最大外加切應(yīng)力方向，有利于位錯的往復(fù)滑移，使合金更容易產(chǎn)生駐留滑移帶，有利于疲勞裂紋的塑性誘導(dǎo)閉合效應(yīng)，降低損傷積累，并且促進裂紋偏轉(zhuǎn)，從而降低合金的疲勞裂紋擴展速率，有效提高合金的抗疲勞性能。

綜上所述，本發(fā)明工藝簡單合理，通過較短時間的高溫固溶淬火處理不僅能大量減少甚至消除冷軋組織中不利于交變應(yīng)力下位錯往復(fù)滑移的位錯纏結(jié)組態(tài)，而且能夠獲得較強的高斯織構(gòu)，使合金的晶粒取向分布更有利于位錯往復(fù)滑移、促進疲勞裂紋的閉合效應(yīng)，使合金具有更低的疲勞裂紋擴展速率，提高其抗疲勞損傷能力。

附圖說明