提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，包括以下步骤：（1）对合金进行配料熔炼并铸造成铸锭；（2）将铸锭依次进行均匀化处理、铣面和包铝，预热，制成热粗轧板；（3）将热粗轧板热精轧、冷轧变形至成品板材厚度；（4）进行再结晶预退火处理，以平均10～300℃/h速率或经1.0～45h升温至300～450℃，保温1～20h；（5）进行固溶淬火处理，固溶温度为480～505℃，保温时间为3～60min；（6）将板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。本发明专利技术通过增加再结晶预退火处理，可有效控制板材L-ST截面晶粒平均等效直径和晶粒长宽比，使板材的拉伸力学性能和疲劳裂纹扩展速率均满足AMS 4296航空标准要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，属于有色金属材料工程领域。
技术介绍
随着航空工业的发展，对材料提出了更高的要求，作为飞机蒙皮的铝合金板材不仅要满足强度要求，而且要求具有安全性、可靠性及寿命长等特征。这就要求飞机用铝合金蒙皮材料在满足强度的同时，兼顾高断裂韧性和抗疲劳损伤的性能要求。1995年美国铝业公司研制出用于飞机蒙皮的2524铝合金，并在AMS4296航空标准中规定：对于厚度≥1.57mm的2524-T3板材，其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别不低于276MPa、421Mpa和15％；对于厚度<1.57mm的2524-T3板材，其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别不低于269MPa、407Mpa和15％。当R＝0.1，加载频率f＝2～10HZ，ΔK＝33MPa√m时，2524-T3铝合金板材在实际应用中最高所允许的疲劳裂纹扩展速率da/dN＝3.05×10-3mm/cycle。近年来，国内外关于板材疲劳裂纹扩展速率影响因素的研究及提高板材疲劳裂纹扩展速率的方法，主要集中在优化合金成分和控制板材第二相上。例如专利US7323068B2，主要通过限制2024铝合金中的Fe、Si杂质元素含量，添加Zr并减少Mn含量来提高合金的综合性能，合金成分为：Cu3.8-4.7％，Mg1.0-1.6％，Zr0.06-0.18％，Cr<0.15％，Mn>0-0.50％，Fe≤0.15％，Si≤0.15％。专利US5213639A，通过控制主合金元素的含量提高合金的断裂韧性和抗裂纹扩展性能，合金成分为：Cu4-4.5％，Mg1.2-1.5％，Mn0.4-0.6％，Fe≤0.12％，Si≤0.1％。文献《2024-T3和2524-T3铝合金疲劳裂纹的萌生机制》研究表明：2524铝合金大多数的裂纹都在第二相粒子处萌生，且多在第二相粒子的带状分布区、粗大第二相粒子或热轧中破裂的第二相粒子处开裂。而关于晶粒形貌和尺寸对板材疲劳裂纹扩展速率的影响研究及调控板材晶粒形貌和尺寸方法的报道较少。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，通过增加再结晶预退火处理，来控制板材L-ST截面晶粒平均等效直径和晶粒长宽比在所需范围内，使板材的拉伸力学性能和疲劳裂纹扩展速率均满足AMS4296航空标准。本专利技术的技术解决方案是：一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，包括以下步骤：(1)按照2×××系铝合金成分及其含量范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭；(2)将铸锭依次进行均匀化处理、铣面和包铝，之后再进行预热和热粗轧，制成热粗轧板；(3)将热粗轧板热精轧、冷轧变形至成品板材厚度；(4)将轧至成品板材厚度的板材进行再结晶预退火处理，再结晶预退火时板材以平均10～300℃/h速率或经1.0～45h升温至300～450℃，保温1～20h；(5)将经再结晶预退火处理的板材进行固溶淬火处理，固溶温度为480～505℃，保温时间为3～60min；(6)将固溶淬火后的板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所述步骤(3)中对于厚板产品，其成品板材厚度≥4.0mm，优选为≥5.0mm，通过热精轧至成品板材厚度；对于中厚板产品，其成品板材厚度为2.0～6.0mm，优选为2.5～5.0mm，通过热精轧后再经冷终轧变形至成品板材厚度；对于薄板产品，其成品板材厚度<2.5mm，优选为≤2.0mm，通过热精轧后再经冷轧、中间退火和冷终轧变形至成品板材厚度。进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所述步骤(3)中，对于中厚板和薄板产品，冷终轧压下率优选40～85％。进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：对于薄板产品，冷轧中间退火温度为250～450℃，优选300～400℃，保温2～20h。更进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：对于薄板产品，冷轧和中间退火工序可选择地重复多次。更进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所述步骤(1)中的合金材料成分为包括AA2024、AA2524在内的2×××系铝合金。更进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所述步骤(4)中再结晶预退火平均升温速率优选30～120℃/h或经3～11h升温至330～360℃，保温时间优选2～6h。本专利技术的实质性特点和显著的技术进步体现在：通过增加再结晶预退火工艺，可使板材L-ST截面晶粒平均等效直径控制在30～150μm之间，晶粒长宽比控制在2.5～9.0之间；当R＝0.1，加载频率f＝2～10HZ，ΔK＝33MPa√m时，板材疲劳裂纹扩展速率da/dN≤3.05×10-3mm/cycle，疲劳裂纹扩展速率和拉伸力学性能均满足AMS4296航空标准要求；此外，本发明应用广泛，不仅适用包括AA2024、AA2524在内的飞机蒙皮用2×××系铝合金板材，其它需要改善抗疲劳损伤性能的铝合金板材也可采用该方法制备得到。附图说明图1为制备2×××-T3铝合金厚板的工艺流程；图2为制备2×××-T3铝合金中厚板的工艺流程；图3为制备2×××-T3铝合金薄板的工艺流程；图4为实施例1的2524-T3厚板L-ST截面D/4位置的金相显微组织；图5为实施例2和比较例1的2524-T3中厚板L-ST截面的金相显微组织；图6为实施例4和比较例3的2524-T3薄板L-ST截面的金相显微组织。具体实施方式以下结合附图表、具体实施例及比较例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详述，以使本专利技术技术方案更易于理解和掌握。本专利技术所提出的一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：(1)按照2×××系铝合金成分及其含量范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，合金材料成分为包括AA2024、AA2524在内的2×××系铝合金；(2)将铸锭依次进行均匀化处理、铣面和包铝，之后再进行预热和热粗轧，制成热粗轧板；(3)将热粗轧板热精轧、冷轧变形至成品板材厚度；对于厚板产品，其成品板材厚度≥4.0mm，优选为≥5.0mm，通过热精轧至成品板材厚度；对于中厚板产品，其成品板材厚度为2.0～6.0mm，优选为2.5～5.0mm，通过热精轧后经冷终轧变形至成品板材厚度；对于薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：（1）按照2×××系铝合金成分及其含量范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭；（2）将铸锭依次进行均匀化处理、铣面和包铝，之后再进行预热和热粗轧，制成热粗轧板；（3）将热粗轧板经热精轧、冷轧变形至成品板材厚度；（4）将轧至成品板材厚度的板材进行再结晶预退火处理，再结晶预退火时板材以平均10～300℃/h速率或经1.0～45h升温至300～450℃，保温1～20h；（5）将经再结晶预退火处理的板材进行固溶淬火处理，固溶温度为480～505℃，保温时间为3～60min；（6）将固溶淬火后的板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。

【技术特征摘要】
1.提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）按照2×××系铝合金成分及其含量范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭；
（2）将铸锭依次进行均匀化处理、铣面和包铝，之后再进行预热和热粗轧，制成热粗轧板；
（3）将热粗轧板经热精轧、冷轧变形至成品板材厚度；
（4）将轧至成品板材厚度的板材进行再结晶预退火处理，再结晶预退火时板材以平均10～300℃/h速率或经1.0～45h升温至300～450℃，保温1～20h；
（5）将经再结晶预退火处理的板材进行固溶淬火处理，固溶温度为480～505℃，保温时间为3～60min；
（6）将固溶淬火后的板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。
2.根据权利要求1所述的提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其特征在于：所述步骤（3）中对于厚板产品，其成品板材厚度≥4.0mm，通过热精轧至成品板材厚度；对于中厚板产品，其成品板材厚度为2.0～6.0mm，通过热精轧后经冷终轧变形至成品板材厚度；对于薄板产品，其成品板材厚度&...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，金滨辉，熊明华，罗海云，李登谚，王正安，
申请(专利权)人：苏州有色金属研究院有限公司，中铝科学技术研究院有限公司，西南铝业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32