一种含银Al-Cu-Mg合金及获得高强度P织构的热处理方法技术

一种含银Al‑Cu‑Mg合金及获得高强度P织构的热处理方法是将Al‑Cu‑Mg‑(Ag)热轧板先经过300‑450℃/60‑240min再结晶退火，再进行480‑510℃/20‑120min固溶淬火处理后，自然时效至少96小时。所述的Al‑Cu‑Mg‑(Ag)合金包括下述组分：Al，Cu，Mg，Ag，Mn，Ti。本发明专利技术工艺简单合理，通过加入Ag元素并匹配合适的退火+固溶工艺获得高强度的P织构，使热轧态Al‑Cu‑Mg‑(Ag)合金晶粒中较多的{111}面处在接近于最大外加切应力方向，有利于位错在交变应力下的滑移，缓解应力集中，从而提高抗疲劳性能；再者P晶粒与周围晶粒存在着大的扭转角界面，容易诱发裂纹偏转，导致大的偏转角和粗糙的断裂平面，因此增加裂纹扩展消耗的能量，产生明显的疲劳裂纹闭合效应，降低疲劳裂纹扩展速率，使得合金具有优良的抗疲劳性能，适于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种含银Al-Cu-Mg合金及获得高强度P织构的热处理方法
本专利技术公开了一种含银Al-Cu-Mg合金及获得高强度P织构的铝合金热处理方法；具体涉及一种含银Al-Cu-Mg合金及获得高强度P织构及优良抗疲劳性能的热处理方法；属于金属材料微合金化及热处理

技术介绍
Al-Cu-Mg-(Ag)系铝合金是典型的可铸造、焊接、变形及热处理强化铝合金，拥有较高的比强度，良好的韧性和优异的抗疲劳性能，其退火态和时效态板材被广泛应用于航空工业及民用工业等领域，尤其是在航空工业中有着十分重要的地位，是航空工业主要结构材料之一。近几十年来，随着航空领域的不断发展，对飞机的要求越来越高，其服役环境更加恶劣；同时，复合材料的出现又对航空用抗疲劳损伤铝合金产生巨大挑战。因此，如何进一步提高该铝合金抗疲劳性能成为亟需解决的问题。对于该系航空用铝合金抗疲劳性能的研究，专利技术人之前主要从合金成分、时效制度及预变形效应等方面进行开展。专利CN101082115A公开一种热处理工艺，可以使低Cu/Mg成分比Al-Cu-Mg合金获得大尺寸的GPB区强化组织，这种组织有利于位错在循环应力作用下往复滑移，减少疲劳损伤，抗疲劳性能较好。专利CN103469037A通过微合金化并采用大变形量挤压破碎第二相粒子，然后预拉伸引入位错作为能量陷阱，控制合适的热处理工艺得到均匀分布的S’相，其抗疲劳性能也较优异。专利CN105734469A采用在时效前进行适量的冷轧预变形，使表面产生一定的压应力层，有效抑制裂纹的形成和扩展。上述诸多因素的研究并不代表合金疲劳机理研究的全部，我们的研究发现，织构也是影响该系合金疲劳性能的关键因素。专利技术人之前申请并授权的专利(CN10304596A)公开了一种冷轧板材的热处理工艺，可获得Goss织构强度为6.52的时效板材，其具有较好的抗疲劳性能。专利技术人的另一个专利(CN10358997A)采用小变形量热轧+一次固溶+大变形量冷轧+二次固溶+自然时效处理获得板材的Goss织构强度为3.72，疲劳性能也相对优异。我们最新的研究发现，除了Goss织构，P织构也能够提高该系合金的抗疲劳性能。但是，Brass等形变织构，因其容易使裂纹发生跨晶界扩展，并且产生应力集中和疲劳积累，不利于提高合金的抗疲劳性能。由此可见，开发合适的热处理工艺，调控合金基体中各种织构的强度，尽可能消耗Brass等形变织构，最大限度获得高强度的P织构，是提高Al-Cu-Mg-(Ag)系铝合金抗疲劳性能的另一个重要手段。这对于提高该合金的工程使用范围以及商业竞争力具有深远的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作方便、流程短的含银Al-Cu-Mg合金及获得高强度P织构的热处理方法。采用本专利技术可获得高强度P织构且有效提高Al-Cu-Mg-(Ag)系铝合金抗疲劳性能。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Cu3.6-4.5％，Mg1.0-1.8％，Ag0.3-1.0％，Mn0.4-1.2％,Ti0.03-0.15％，余量为Al。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金，所述合金基体中，P织构强度≥3.5；优选为P织构强度≥4.0；更优选为P织构强度≥4.39。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，是将Al-Cu-Mg合金热轧板先经过300-450℃/60-240min再结晶退火后依次进行固溶淬火处理，自然时效处理。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，再结晶退火工艺参数优选为：350-450℃/90-240min；更优选为：380-450℃/120-240min；在进一步优选为：420-450℃/180-240min。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，所述Al-Cu-Mg热轧板的材料由下述组分按重量百分比组成:Cu3.6-4.5％，Mg1.0-1.8％，Ag0.3-1.0％，Mn0.4-1.2％,Ti0.03-0.15％，余量为Al。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，所述固溶工艺制度为：480-510℃/20-120min，优选为490-510℃/40-120min，进一步优选为490-505℃/60-100min。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，所述自然时效工艺为:室温下放置至少96h。本专利技术一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，制备的铝合金板材的抗拉强度为456-474MPa，屈服强度为289-314MPa，延伸率为19.7-25.9％，抗疲劳性能为：ΔK＝30MPam1/2，da/dN＝1.49×10-3-5.74×10-3mm/cycle。本专利技术的机理及优点简述如下:本专利技术采用上述工艺，将Al-Cu-Mg-(Ag)热轧板先经过300-450℃/60-240min再结晶退火，再进行480-510℃/20-120min固溶淬火处理后，自然时效至少96小时。专利技术人的研究发现：通过添加Ag元素的手段，提高合金的层错能，在热轧过程中有利于位错交滑移，容易获得高的Copper、Brass等形变织构；热轧板在退火的初期阶段，热轧Copper、S织构会在一定程度上转变为Brass织构,达到暂时强化Brass织构组分的目的；在退火的中、后期，业内通常认为：Goss晶粒容易在Brass基体上形核并长大，强化的Brass织构组分可以更大程度的转变为Goss织构。但是，专利技术人的最新研究发现，P晶粒在退火过程中也是以消耗Brass晶粒而形核长大，与Goss晶粒存在相互竞争生长的关系。其原理是：与前人发现的Goss晶粒{011}<100>取向与Brass晶粒{011}<112>取向存在35°<110>晶体学位向关系一样，P晶粒{011}<122>取向与Brass晶粒{011}<112>取向也存在35°<110>晶体学位向关系，具有最低能量取向关系。随后，专利技术人的研究还发现，这种竞争生长的关系受再结晶退火温度影响，温度较低时有利于Goss晶粒生长，温度较高时则有利于P晶粒生长。因此，专利技术人通过选择合理的退火温度，实现了促进P晶粒在Brass基体上的择优生长，提高P织构组分含量。而P、Brass等织构组分的强弱则直接关系到材料的抗疲劳性能。一方面高强度的P织构晶粒取向使合金晶粒中较多的{111}面处在接近于最大外加切应力方向，有利于位错在交变应力下的滑移，促进疲劳裂纹尖端驻留滑移带的形成，缓解应力集中，降低疲劳损伤，防止二次开裂，从而提高材料的抗疲劳性能；另一方面P晶粒与周围晶粒存在着大的扭转角界面，容易诱发裂纹偏转，导致大的偏转角和粗糙的断裂平面，因此增加裂纹扩展消耗的能量，并产生明显的裂纹闭合效应，降低疲劳裂纹扩展速率。与此相反，Brass织构晶粒中的{111}面大多远离最大外加切应力方向，容易产生应力集中和疲劳积累促进裂纹扩展，降低抗疲劳性能。退火后再经过合理的固溶淬火处理，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含银Al‑Cu‑Mg合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Cu 3.6‑4.5％，Mg 1.0‑1.8％，Ag 0.3‑1.0％，Mn 0.4‑1.2％,Ti 0.03‑0.15％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种含银Al-Cu-Mg合金，包括下述组分，按质量百分比组成：Cu3.6-4.5％，Mg1.0-1.8％，Ag0.3-1.0％，Mn0.4-1.2％,Ti0.03-0.15％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种含银Al-Cu-Mg合金，其特征在于：Al-Cu-Mg合金基体中，P织构强度≥3.5。3.一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，其特征在于：将Al-Cu-Mg合金热轧板先经过300-450℃/60-240min再结晶退火后依次进行固溶淬火处理，自然时效处理。4.根据权利要求3所述的一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，其特征在于：再结晶退火工艺参数为：350-450℃/90-240min。5.根据权利要求3所述的一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，其特征在于：再结晶退火工艺参数为：380-450℃/120-240min。6.根据权利要求3所述的一种含银Al-Cu-Mg合金获得高强度P织构的热处理方法，其特征在于：再结晶退火工艺参数为：420...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，胡扬城，刘飞，陈烨，贾鹏翔，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43