[發(fā)明專利]提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610017733.5
• 申請(qǐng)日: 2016-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN105441839B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉成;金濱輝;熊明華;肖翔;羅海云;王正安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州有色金屬研究院有限公司;中鋁科學(xué)技術(shù)研究院有限公司;西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C22F1/057
• 分類號(hào): C22F1/057;C22C21/14;C22C21/16
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司32102
• 代理人: 陳忠輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，屬于有色金屬材料工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料提出了更高的要求，作為飛機(jī)蒙皮的鋁合金板材不僅要滿足強(qiáng)度要求，而且要求具有安全性、可靠性及壽命長(zhǎng)等特征。這就要求飛機(jī)用鋁合金蒙皮材料在滿足強(qiáng)度的同時(shí)，兼顧高斷裂韌性和抗疲勞損傷的性能要求。

1995年美國(guó)鋁業(yè)公司研制出用于飛機(jī)蒙皮的2524鋁合金，并在AMS 4296航空標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：對(duì)于厚度≥1.57mm的2524-T3板材，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別不低于276MPa、421Mpa和15％；對(duì)于厚度<1.57mm的2524-T3板材，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別不低于269MPa、407Mpa和15％。當(dāng)R＝0.1，加載頻率f＝2～10HZ，ΔK＝33MPa√m時(shí)，2524-T3鋁合金板材在實(shí)際應(yīng)用中最高所允許的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN＝3.05×10^-3mm/cycle。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于板材疲勞裂紋擴(kuò)展速率影響因素的研究及提高板材疲勞裂紋擴(kuò)展速率的方法，主要集中在優(yōu)化合金成分和控制板材第二相上。例如專利US7323068B2，主要通過(guò)限制2024鋁合金中的Fe、Si雜質(zhì)元素含量，添加Zr并減少M(fèi)n含量來(lái)提高合金的綜合性能，合金成分為：Cu3.8-4.7％，Mg1.0-1.6％，Zr0.06-0.18％，Cr<0.15％，Mn>0-0.50％，F(xiàn)e≤0.15％，Si≤0.15％。專利US5213639A，通過(guò)控制主合金元素的含量提高合金的斷裂韌性和抗裂紋擴(kuò)展性能，合金成分為：Cu4-4.5％，Mg1.2-1.5％，Mn0.4-0.6％，F(xiàn)e≤0.12％，Si≤0.1％。文獻(xiàn)《2024-T3和2524-T3鋁合金疲勞裂紋的萌生機(jī)制》研究表明：2524鋁合金大多數(shù)的裂紋都在第二相粒子處萌生，且多在第二相粒子的帶狀分布區(qū)、粗大第二相粒子或熱軋中破裂的第二相粒子處開裂。而關(guān)于晶粒形貌和尺寸對(duì)板材疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響研究及調(diào)控板材晶粒形貌和尺寸方法的報(bào)道較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，通過(guò)控制板材冷終軋壓下率，來(lái)控制板材L-ST截面晶粒平均等效直徑和晶粒長(zhǎng)寬比在所需范圍內(nèi)，使板材的拉伸力學(xué)性能和疲勞裂紋擴(kuò)展速率均滿足AMS 4296航空標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，包括以下步驟：

(1)按照2×××系鋁合金成分及其含量范圍進(jìn)行配料熔煉，鑄造得到所需鑄錠；

(2)將鑄錠依次進(jìn)行均勻化處理、銑面和包鋁，之后再進(jìn)行預(yù)熱和熱粗軋，制成熱粗軋板；

(3)將熱粗軋板進(jìn)行熱精軋及后續(xù)處理工藝，對(duì)于厚板產(chǎn)品，可通過(guò)熱精軋至成品板材厚度；對(duì)于中厚板產(chǎn)品，熱精軋后再經(jīng)冷終軋變形至成品厚度，冷終軋壓下率為15～40％；對(duì)于薄板產(chǎn)品，經(jīng)熱精軋后再經(jīng)冷軋、中間退火和冷終軋變形至成品厚度，冷終軋壓下率為15～40％。

(4)將經(jīng)步驟(3)處理的板材進(jìn)行固溶淬火處理，固溶溫度為480～505℃，保溫時(shí)間為3～60min；

(5)將固溶淬火后的板材進(jìn)行矯直，并自然時(shí)效至穩(wěn)定狀態(tài)。

進(jìn)一步地，上述提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：所述步驟(3)中所述厚板產(chǎn)品，其成品板材厚度≥4.0mm，優(yōu)選≥5.0mm；所述中厚板產(chǎn)品，其成品板材厚度為2.0～6.0mm，優(yōu)選2.5～5.0mm，冷終軋壓下率優(yōu)選20～36％；所述薄板產(chǎn)品，其成品板材厚度<2.5mm，優(yōu)選≤2.0mm，所述冷終軋壓下率優(yōu)選20～36％。

進(jìn)一步地，上述提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：對(duì)于薄板產(chǎn)品，冷軋中間退火溫度為250～450℃，優(yōu)選300～400℃，保溫2～20h。

更進(jìn)一步地，上述提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：對(duì)于薄板產(chǎn)品，冷軋和中間退火工序可選擇地重復(fù)多次。

再進(jìn)一步地，上述提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：所述步驟(1)中的合金材料成分為包括AA2024、AA2524在內(nèi)的2×××系鋁合金。