【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于硬质铝合金的冷变形及热处理，具体涉及一种提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法。
技术介绍
1、随着材料技术的发展，飞机设计已经从早先的静强度需求转向损伤容限需求。其中，韧性是材料损伤容限性能中重要的评估项，其能体现出组织裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的定量指标。铝合金薄板材料通常是使用平面应力断裂韧度 kc值和表观断裂韧度 kapp值进行评价。
2、铝合金薄板材料通常通过“熔铸→均匀化→机加工→热轧（粗轧、精轧）→冷轧（中间退货）→固溶淬火→校平（拉伸）→时效”的工艺过程进行制备。该工艺存在流程长、制备成本高、性能影响因素多、耦合作用强等缺陷。与此同时，目前尚未明确提升铝合金薄板材料的 kc和 kapp值的组织特征结构和模型。不仅如此，能够同时针对2000、7000等不同系列铝合金薄板的调控方法也不尽相同，因此，开发一种既能短流程提高铝合金薄板的韧性，又能降低制造成本的方法十分重要。
技术实现思路
1、为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法；所述方法是通过调控冷变形量和固溶工艺等手段，实现了铝合金薄板韧性的提升以及制造成本的降低。
2、本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
3、一种提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，
4、1）采用直冷半连续铸造法制备得到合金扁铸锭，经过均匀化热处理、机加工、包覆处理后获得轧制毛坯；
5、2）将步骤1）的轧制毛坯置于保温炉内进行保温处理；
6、3）先将步骤2）的保温后的轧制毛坯热轧至厚度为δ1，然后再冷轧至厚度为δ2，获得铝合金板材；其中，δ1和δ2的关系满足（δ1-δ2）/δ1=50%~70%；
7、4）将步骤3）的铝合金板材进行固溶淬火处理，具体为：将炉温设定为t℃，到温装炉，当炉温再次线性升温至t℃时开始计时，固溶保温到时后出炉淬火，淬火转移时间≤10s，淬火水温为10~40℃；其中，从到温装炉完成后到炉温再次线性升温至t℃时所需的时间为t1，固溶保温的时间为t2，t1和t2的关系满足35min≤t1+t2≤55min，4min≤t2≤6min；476℃≤t≤499℃；
8、5）淬火后1小时内对铝合金板材进行预拉伸校平，拉伸总量为0.5~1.0%；
9、6）对预拉伸校平后的铝合金板材进行时效处理，制备得到所述铝合金薄板。
10、根据本专利技术的实施方式，所述铝合金薄板是指厚度≤3.25mm的铝合金板材；示例性地，所述铝合金薄板是指厚度为1.6mm~3.25mm的铝合金板材，还示例性地，所述铝合金薄板的厚度为1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm、2.6mm、2.8mm、3.0mm、3.2mm或3.25mm。
11、根据本专利技术的实施方式，所述提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法是通过控制轧制处理工艺和固溶处理工艺，利用二者的耦合作用来提升铝合金薄板的韧性，同时降低铝合金薄板的制造成本。具体地，通过控制轧制过程中铝合金板材的冷变形量以及固溶过程中的固溶时间和固溶温度，通过二者的耦合作用实现对于铝合金薄板韧性的提升和铝合金薄板制造成本的降低。
12、根据本专利技术的实施方式，本申请的专利技术人通过研究后发现，控制热轧板的厚度δ1和冷轧板的厚度δ2之间的关系满足（δ1-δ2）/δ1=50%~70%；同时控制固溶的温度t为476℃~499℃以及固溶过程中升温段的时间t1和保温段的时间t2之间的关系满足t1+t2=35~55min，4min≤t2≤6min；可以很好地实现从粗大第二相、晶粒特征、织构占比三个维度调控合金组织特征，以此来提升铝合金薄板的韧性。通过上述参数的调控能够有效减少合金组织中粗大第二相的面积百分比，从而有效减少断裂源的形成；通过上述参数的调控还能够有效调控晶粒特征（如尺寸、形貌以及类型），从而显著提高断裂裂纹扩展路径的曲折程度，减少断裂的风险；通过上述参数的调控还能够有效调控织构占比，从而增大断裂裂纹尖端扩展的难度；综上，实现从粗大第二相、晶粒特征、织构占比三个维度调控合金组织特征，从而实现铝合金薄板韧性的显著提升。
13、根据本专利技术的实施方式，当所述提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法适用于2000系铝合金时，获得的铝合金薄板中的平均晶粒尺寸为19~24μm，长径比为2.5~3.5，97%以上的完全再结晶状态，粗大第二相的面积百分比≤2.2%，变形织构和再结晶织构占比分别为30~38%和37~47%，由此可以提升2000系铝合金薄板 kapp值至110mpa·m1/2以上的水平。
14、根据本专利技术的实施方式，当所述提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法适用于7000系铝合金时，获得的铝合金薄板中的平均晶粒尺寸为28~32μm，长径比为5.0~6.0，98%以上的完全再结晶状态，粗大第二相的面积百分比≤1.1%，变形织构和再结晶织构占比分别约为20~25%和50~55%，由此可以提升7000系铝合金薄板 kapp值至90mpa·m1/2以上的水平。
15、根据本专利技术的实施方式，所述提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法还可以实现铝合金薄板制造成本的降低，这主要是因为传统工况下，多参考《ams 2772 g》标准中提及的固溶温度和保温时间对铝合金板材进行固溶处理，本申请的专利技术人通过研究后出人意料地发现，当提高固溶的温度，降低固溶保温的时间，同时优化固溶升温的时间，使得固溶过程中的σ（升温+保温）的时间≈传统固溶保温的时间，在达到传统固溶处理对析出相的回溶效果的前提下，大幅省去了传统固溶处理过程中的升温段所带来的能源消耗，这能显著降低铝合金薄板的制造成本。
16、根据本专利技术的实施方式，步骤1）中，所述直冷半连续铸造法所涉及的工艺参数（如铸造速度、铸造水流量等）没有特别的限定，其为本领域已知的能够制备得到铝合金扁铸锭的方法即可。
17、根据本专利技术的实施方式，步骤1）中，所述合金为2000系铝合金或7000系铝合金。
18、根据本专利技术的实施方式，所述2000系铝合金包括如下质量百分含量的各组分：cu：3.5~5.0%，mg：1.0~2.0%，mn：0.2~1.0%，zn：0.08~0.20%，ti：0.02~0.06%，cr≤0.05%，si≤0.12%，fe≤0.12%，不可忽略的杂质组分≤0.1%，al余量。
19、根据本专利技术的实施方式，所述7000系铝合金包括如下质量百分含量的各组分：cu：1.0~2.0%，mg：2.0~3.0%，zn：5.0~6.0%，ti：0.02本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，所述铝合金薄板是指厚度为1.6mm~3.25mm的铝合金板材。
3.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤1）中，所述合金为2000系铝合金或7000系铝合金；
4.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤1）中，针对2000系铝合金，所述均匀化热处理是490℃×36~48h；针对7000系铝合金，所述均匀化热处理是400℃×4~6h+470℃×2~4h+475℃×36~48h。
5.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤2）中，所述保温处理的温度为热轧的初始轧制温度；
6.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤3）中，所述热轧的初始轧制温度为430~440℃；所述热轧的终轧温度为≥380℃；所述热轧的方向为纵向轧制和/或纵横交替轧制，所述热轧的道次为
7.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤4）中，所述铝合金为2000系铝合金时，固溶的温度T为493~499℃；所述铝合金为7000系铝合金时，固溶的温度T为476~482℃。
8.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤5）中，所述预拉伸校平的拉伸总量为0.5~1.0%。
9.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤6）中，所述铝合金为2000系铝合金时，所述时效处理是自然时效，所述自然时效是在室温下放置48~96小时；所述铝合金为7000系铝合金时，所述时效处理是人工时效，所述人工时效是在121~125℃保温24~48小时。
10.根据权利要求1-9任一项所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，当所述提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法适用于2000系铝合金时，获得的铝合金薄板中的平均晶粒尺寸为19~24μm，长径比为2.5~3.5，97%以上的完全再结晶状态，粗大第二相的面积百分比≤2.2%，变形织构和再结晶织构占比分别为30~38%和37~47%，由此提升2000系铝合金薄板Kapp值至110MPa·m1/2以上的水平；
...【技术特征摘要】
1.一种提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，所述铝合金薄板是指厚度为1.6mm~3.25mm的铝合金板材。
3.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤1）中，所述合金为2000系铝合金或7000系铝合金；
4.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤1）中，针对2000系铝合金，所述均匀化热处理是490℃×36~48h；针对7000系铝合金，所述均匀化热处理是400℃×4~6h+470℃×2~4h+475℃×36~48h。
5.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤2）中，所述保温处理的温度为热轧的初始轧制温度；
6.根据权利要求1所述的提高铝合金薄板韧性并降低制造成本的方法，其中，步骤3）中，所述热轧的初始轧制温度为430~440℃；所述热轧的终轧温度为≥380℃；所述热轧的方向为纵向轧制和/或纵横交替轧制，所述热轧的道次为10道次以上，且控制热轧的总变形量≥80％；
7.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢清源，何维维，张景亮，陈军洲，戴圣龙，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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