專利名稱：一種提高2000系鋁合金板材損傷容限性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種提高2000系鋁合金板材損傷容限性能的方法，屬于金屬材料工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著一些高損傷容限合金如2524，2E12的發(fā)展，也需要發(fā)展提高材料損 傷容限性能的工藝方法?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)更注重低能耗及高壽命，為滿足飛行器及船舶等運(yùn)輸機(jī)械長(zhǎng)航時(shí)、 高壽命及經(jīng)濟(jì)性的需求，發(fā)展了損傷容限設(shè)計(jì)理念。作為飛行器主要結(jié)構(gòu)材料的鋁合金，一 般用量占整機(jī)重量的30%以上，最高可達(dá)到接近80%。通過本項(xiàng)發(fā)明，可有效提高2024及 2E12等2000系材料使用壽命2 4倍，裂紋擴(kuò)展速率降為原來的1/4 1/2。一般高損傷容限型鋁合金具有較高的斷裂韌度(K。)及較低的裂紋擴(kuò)展速率。通 過長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)室及工程化研究發(fā)現(xiàn)在組織形態(tài)上應(yīng)控制固溶過程中的再結(jié)晶程度，而材料 在固溶過程的再結(jié)晶與強(qiáng)冷軋變形有很大關(guān)系。本發(fā)明通過控制比普通工藝較高的熱軋出 口溫度、高溫軟化處理及軟化處理工序間較小的冷軋變形量，從而降低材料晶間儲(chǔ)能，并得 以降低其再結(jié)晶程度。較高的軋制出口溫度確保材料的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶充分進(jìn)行，而其晶間儲(chǔ)能將大大降 低，從而直接降低產(chǎn)品在隨后固溶過程中的再結(jié)晶程度。高溫軟化處理可提高毛坯的延展性，并降低變形抗力，從而降低冷軋過程中的晶 粒破碎程度及晶間儲(chǔ)能，達(dá)到降低產(chǎn)品在隨后固溶過程中再結(jié)晶程度的目的。較高的軟化 溫度與較低的軟化冷卻速率是必須的，合金軟化效果是隨著軟化溫度的升高及降溫速率的 降低而增加的。軟化處理間較小的冷軋變形量可直接降低冷軋過程中的晶粒破碎程度及晶間儲(chǔ) 能，從而達(dá)到降低產(chǎn)品在隨后固溶過程中再結(jié)晶程度的目的。此外，熱粗軋溫度、熱精軋溫度及固溶溫度均對(duì)材料損傷容限性能具有影響，研究 表明2000系鋁合金損傷容限性能隨熱粗軋溫度、熱精軋溫度及固溶溫度的升高而改善。4. Omm規(guī)格以下板材必須通過冷軋保證材料尺寸及平整度達(dá)到要求；4. Omm 8. Omm規(guī)格板材熱精軋即可達(dá)到材料尺寸及平整度要求，不經(jīng)冷軋而直接進(jìn)行固溶及時(shí)效 處理，已具備高耐損傷性能特性。US-5,213,639公開了一種提高AA2000系鋁合金斷裂韌度的工藝方法，也公開了 軋制出口溫度在325°C以上及中間退火溫度在480°C以上。該工藝技術(shù)繁復(fù)，且工藝窗口 窄，對(duì)裝備和操作技術(shù)要求非常高。CN1867689A公開了一種生產(chǎn)高損傷容限鋁合金的方法，其主要是控制熱軋板材的 在冷卻至150°C以上的冷卻速度來實(shí)現(xiàn)，其平均冷卻速率為12 20°C /小時(shí)。該工藝是依 靠熱軋后的冷速控制來實(shí)現(xiàn)材料高耐損傷性能的，并給出了熱軋坯料的冷卻溫度一時(shí)間曲 線，需要精確的加熱設(shè)備來完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀而設(shè)計(jì)提供了一種提高2000系鋁合金板材 損傷容限性能的方法，其目的是使鋁合金制品具有優(yōu)異的疲勞裂紋擴(kuò)展性能及韌性。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的該種提高2000系鋁合金板材損傷容限性能的方法，其步驟是
(1)鑄錠在460°C 510°C進(jìn)行均勻化處理；(2)均勻化處理后的鑄錠經(jīng)銑面后，加熱至420°C 490°C，保溫?zé)嵬?，進(jìn)行熱粗 車L，終軋出口溫度不低于380°C ；(3)熱粗軋后的板坯加熱至3201 4201，保溫?zé)嵬福M(jìn)行熱精軋至4.0111111 16. 0謹(jǐn)，終軋出口溫度不低于280°C ；(4)對(duì)熱精軋后的板材冷軋，每次冷軋前、后要進(jìn)行高溫軟化處理，每次冷軋變形 量不高于35% ；(5)冷軋或熱精軋后的板材經(jīng)480°C以上溫度固溶處理后，進(jìn)行滾?；蚶?，隨后 自然時(shí)效至穩(wěn)定狀態(tài)為T4狀態(tài)；亦可選擇控制保留1. 0% 3. 0%的永久變形量，隨后自然 時(shí)效至T3穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明方法適用的2000系鋁合金的合金成分為Mg 0.8 1.8%，Cu 3. 2 4. 9 %, Mn 0. 30 0. 90 %，Cr 彡 0. 10 %，Zn 彡 0. 15 %，Si 彡 0. 50 %，F(xiàn)e 彡 0. 50 %， Ti彡0. 10%，其它雜質(zhì)單個(gè)彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。本發(fā)明方法的高溫軟化處理溫度優(yōu)選420°C 495°C，冷卻至260°C前的冷卻速率 不高于25°C /h。本發(fā)明方法適用于生產(chǎn)飛機(jī)、船舶及汽車用0. 8mm 8. Omm較薄規(guī)格板材。本發(fā)明技術(shù)方案對(duì)熱軋制出口溫度的控制更便于生產(chǎn)實(shí)施，同時(shí)通過降低加熱溫 度、控制冷速而達(dá)到高溫退火的軟化效果，從而提高了生產(chǎn)效率，并進(jìn)一步節(jié)約了能源。其 產(chǎn)品可在軋制或退火態(tài)提供，而用戶采用不同工藝生產(chǎn)T42或T62狀態(tài)零部件，該產(chǎn)品仍保 留有高損傷容限性能的特性，有效提高產(chǎn)品耐損傷性能，表現(xiàn)為疲勞裂紋速率的明顯降低。


圖1本發(fā)明工藝2E12-T3薄板da/dN_ Δ K曲線；圖2發(fā)明工藝及傳統(tǒng)工藝2Ε12-Τ3薄板損傷容限性能對(duì)比；圖3發(fā)明工藝2Ε12-Τ3薄板高倍組織。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步地詳述以下實(shí)施例說明了幾種2000系鋁合金高損傷容限性能的新型工藝過程及工藝控 制，從而確保材料損傷容限性能的提高，以使其在航空航天、船舶及汽車等領(lǐng)域更好的應(yīng)用。實(shí)施例1 生產(chǎn)合格的2Ε12合金鑄錠，其合金成分滿足Cu 4. 0 4. 5%，Mg 1. 2 1. 6%，Mn 0. 45 0. 70%，，Cr 彡 0. 05%，Zn 彡 0. 15%，Si 彡 0. 06%，F(xiàn)e 彡 0. 12%，Ti 彡 0. 10%。 熱粗軋、卷取后進(jìn)行冷軋前準(zhǔn)備；冷軋前及冷軋過程中需進(jìn)行高溫軟化處理，兩次軟化處理 間道次變形量不高于35%，開卷冷軋至0. 8mm 8. Omm間任一規(guī)格，冷軋后產(chǎn)品經(jīng)固溶處理 后，進(jìn)行冷變形矯平、矯直；隨后自然時(shí)效至穩(wěn)定狀態(tài)。其工藝路線和工藝參數(shù)如表1所示。表1中，每一編號(hào)代表一條工藝路線及其中 的工藝參數(shù)和產(chǎn)品的性能指標(biāo)。表1 :2E12合金0. 8mm 8. Omm規(guī)格板材的工藝路線參數(shù)及性能
權(quán)利要求
一種提高2000系鋁合金板材損傷容限性能的方法，其特征在于該方法的步驟是(1)鑄錠在460℃～510℃進(jìn)行均勻化處理；(2)均勻化處理后的鑄錠經(jīng)銑面后，加熱至420℃～490℃，保溫?zé)嵬?，進(jìn)行熱粗軋，終軋出口溫度不低于380℃；(3)熱粗軋后的板坯加熱至320℃～420℃，保溫?zé)嵬?，進(jìn)行熱精軋至4.0mm～16.0mm，終軋出口溫度不低于280℃；(4)對(duì)熱精軋后的板材冷軋，每次冷軋前、后要進(jìn)行高溫軟化處理，每次冷軋變形量不高于35％；(5)冷軋或熱精軋后的板材經(jīng)480℃以上溫度固溶處理后，進(jìn)行滾?；蚶欤S后自然時(shí)效至穩(wěn)定狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高2000系鋁合金損傷容限性能的方法，其特征在于 2000系鋁合金的合金成分為Mg 0.8 1.8%，Cu 3. 2 4.9%，Mn 0.30 0.90%， Cr 彡 0. 10 %, Zn 彡 0. 15%, Si 彡 0. 50%, Fe 彡 0. 50%, Ti 彡 0. 10%,其它雜質(zhì)單個(gè) 彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高2000系鋁合金損傷容限性能的方法，其特征在于高溫 軟化處理溫度為420°C 495°C，冷卻至260°C前的冷卻速率不高于25°C /h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高2000系鋁合金損傷容限性能的方法，其特征在于滾校 或拉伸后保留 3.0%的永久變形量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高2000系鋁合金損傷容限性能的方法，其特征在于該方 法適用于生產(chǎn)飛機(jī)、船舶及汽車用0. 8mm 8. Omm較薄規(guī)格板材。
全文摘要
本發(fā)明是一種提高2000系鋁合金板材損傷容限性能的方法，本發(fā)明通過控制優(yōu)選的熱軋出口溫度、高溫軟化處理及軟化處理工序間較小的冷軋變形量，從而降低材料晶間儲(chǔ)能，并得以控制其再結(jié)晶程度，形成韌化織構(gòu)?？商岣?024及2E12等2000系材料使用壽命2～4倍，裂紋擴(kuò)展速率降為原來的1/4～1/2。提高了生產(chǎn)效率，并進(jìn)一步節(jié)約了能源。
文檔編號(hào)C22C21/12GK101967615SQ201010520960
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者伊琳娜, 馮朝輝, 劉銘, 張坤, 戴圣龍, 楊守杰, 汝繼剛, 臧金鑫, 陳軍洲, 龔澎 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院