提高2×××系鋁合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是一種提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，屬于有色 金屬材料工程領域。
【背景技術】
[0002] 隨著航空工業(yè)的發(fā)展，對材料提出了更高的要求，作為飛機蒙皮的侶合金板材不 僅要滿足強度要求，而且要求具有安全性、可靠性及壽命長等特征。運就要求飛機用侶合金 蒙皮材料在滿足強度的同時，兼顧高斷裂初性和抗疲勞損傷的性能要求。
[0003] 1995年美國侶業(yè)公司研制出用于飛機蒙皮的2524侶合金，并在AMS 4296航空標準 中規(guī)定：對于厚度57mm的2524-T3板材，其屈服強度、抗拉強度和延伸率分別不低于 276MPa、421Mpa和15%;對于厚度<1.57mm的2524-T3板材，其屈服強度、抗拉強度和延伸率 分別不低于2691化、407]\^)日和15%。當1? = 0.1，加載頻率'=2~10監(jiān)，AK = 33MPa^^m時， 2524-T3侶合金板材在實際應用中最高所允許的疲勞裂紋擴展速率da/dN= 3.05 XlO-3Him/ cycle。
[0004] 近年來，國內外關于板材疲勞裂紋擴展速率影響因素的研究及提高板材疲勞裂紋 擴展速率的方法，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， 主要通過限制2024侶合金中的Fe、Si雜質元素含量，添加化并減少Mn含量來提高合金的綜 合性能，合金成分為：加3.8-4.7%，]?邑1.0-1.6%，2'0.06-0.18%，打<0.15%，]\111〉0-0.50% ,Fe <0.15% ,Si <0.15%。專利US5213639A，通過控制主合金元素的含量提高合金 的斷裂初性和抗裂紋擴展性能，合金成分為:Cu4-4.5% ,Mgl. 2-1.5% ,MnO. 4-0.6% ,Fe < 0.12%，51^0.1%。文獻《2024-13和2524-13侶合金疲勞裂紋的萌生機制》研究表明：2524 侶合金大多數(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 相粒子或熱社中破裂的第二相粒子處開裂。而關于晶粒形貌和尺寸對板材疲勞裂紋擴展速 率的影響研究及調控板材晶粒形貌和尺寸方法的報道較少。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，通過 增加回復預退火處理，來控制板材kST截面晶粒平均等效直徑和晶粒長寬比在所需范圍 內，使板材的拉伸力學性能和疲勞裂紋擴展速率均滿足AMS 4296航空標準。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是:一種提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工 藝，包括W下步驟：
[0007] (1)按照2X X X系侶合金成分及其含量范圍進行配料烙煉，鑄造得到所需鑄錠； [000引（2)將鑄錠依次進行均勻化處理、銳面和包侶，之后再進行預熱和熱粗社，制成熱 粗社板；
[0009] (3)將熱粗社板熱精社、冷社變形至成品板材厚度；
[0010] (4)將社至成品板材厚度的板材進行回復預退火處理，回復預退火的溫度為250~ 320°C，保溫時間為2~20h;
[0011] (5)將經(jīng)回復預退火處理的板材進行固溶澤火處理，固溶溫度為480~505°C，保溫 時間為3~60min;
[0012] (6)將固溶澤火后的板材進行矯直，并自然時效至穩(wěn)定狀態(tài)。
[0013] 進一步地，上述提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：所 述步驟(3)中對于厚板產(chǎn)品，其成品板材厚度含4.0mm，優(yōu)選為含5.0mm，通過熱精社至成品 板材厚度;對于中厚板產(chǎn)品，其成品板材厚度為2.0~6. Omm，優(yōu)選為2.5~5. Omm，通過熱精 社后經(jīng)冷終社變形至成品板材厚度；對于薄板產(chǎn)品，其成品板材厚度<2.5mm，優(yōu)選為< 2. Omm，通過熱精社后經(jīng)冷社、中間退火和冷終社變形至成品板材厚度。
[0014] 進一步地，上述提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：所 述步驟(3)中，對于中厚板和薄板產(chǎn)品，冷終社壓下率優(yōu)選40~75%。
[0015] 進一步地，上述提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中：對 于薄板產(chǎn)品，冷社中間退火溫度為250~450°C，優(yōu)選300~400°C，保溫2~20h。
[0016] 更進一步地，上述提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中： 對于薄板產(chǎn)品，冷社和中間退火工序可選擇地重復多次。
[0017] 更進一步地，上述提高2X X X系侶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在內的2X X X系侶合金。
[0018] 更進一步地，上述提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其中： 所述步驟(4)中回復預退火溫度優(yōu)選270~300°C，保溫時間優(yōu)選4~化。
[0019] 本發(fā)明的實質性特點和顯著的技術進步體現(xiàn)在:通過增加回復預退火工藝，可使 板材kST截面晶粒平均等效直徑控制在30~150皿之間，晶粒長寬比控制在2.5~7.0之間； 當1? = 0.1，加載頻率f = 2~10監(jiān)，A K = 33MPa^Ti^4，板材疲勞裂紋擴展速率da/dN。. 05 X l(T3mm/cycle，疲勞裂紋擴展速率和拉伸力學性能均滿足AMS 4296航空標準要求;此外，本 發(fā)明應用廣泛，不僅適用包括AA2024、AA2524在內的飛機蒙皮用2X X X系侶合金板材，其 它需要改善抗疲勞損傷性能的侶合金板材也可采用該方法制備得到。
【附圖說明】
[0020] 圖1為制備2X X X-T3侶合金厚板的工藝流程；
[0021] 圖2為制備2X X X-T3侶合金中厚板的工藝流程；
[0022] 圖3為制備2X X X-T3侶合金薄板的工藝流程。
[0023] 圖4為實施例1的2524-T3厚板kST截面D/4位置的金相顯微組織。
[0024] 圖5為實施例2和比較例1的2524-T3中厚板kST截面的金相顯微組織。
[00巧]圖6為實施例4和比較例3的2524-T3薄板kST截面的金相顯微組織。
【具體實施方式】
[0026] W下結合附圖表、具體實施例及比較例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳述， W使本發(fā)明技術方案更易于理解和掌握。
[0027] 本發(fā)明所提出的一種提高2X X X系侶合金板材抗疲勞損傷性能的加工工藝，其 特征在于包括W下步驟：
[00%] (I)按照2X X X系侶合金成分及其含量范圍進行配料烙煉，鑄造得到所需鑄錠， 合金材料成分為包括AA2024、AA2524在內的2X X X系侶合金；
[0029] (2)將鑄錠依次進行均勻化處理、銳面和包侶，之后再進行預熱和熱粗社，制成熱 粗社板；
[0030] (3)將熱粗社板熱精社、冷社變形至成品板材厚度;對于厚板產(chǎn)品，其成品板材厚 度>4.0mm，優(yōu)選為含5.0mm，通過熱精社至成品板材厚度;對于中厚板產(chǎn)品，其成品板材厚 度為2.0~6.Ornm,優(yōu)選為2.5~5.Ornm,通過熱精社后經(jīng)冷終社變形至成品板材厚度;對于薄 板產(chǎn)品，其成品板材厚度<2.5mm，優(yōu)選為含2. Ornm,通過熱精社后經(jīng)冷社、中間退火和冷終社 變形至成品板材厚度。
[0031] (4)將社至成品板材厚度的板材進行回復預退火處理，回復預退火的溫度為250~ 320°C，保溫時間為2~20h;
[0032] (5)將經(jīng)回復預退火處理的板材進行固溶澤火處理，固溶溫度為480~505°C，保溫 時間為3~60min;
[0033] (6)將固溶澤火后的板材進行矯直，并自然時效至穩(wěn)定狀態(tài)。
[0034] 上述步驟(3)中，對于中厚板和薄板產(chǎn)品，冷終社壓下率優(yōu)選40~75%。對于薄板 產(chǎn)品，冷社中間退火溫度為250~450°C，優(yōu)選300~400°C，保溫2~20h。且，對于薄板產(chǎn)品， 冷社和中間退火工序可選擇地重復多次。所述步驟(4)中回復預退火溫度優(yōu)選270~300°C， 保溫時間優(yōu)選4~化。
[0035] 實施例1
[0036] 按4.32wt. %加、1.35wt. %Mg、0.61wt. %Mn、0.08wt. %Fe、0.06wt. %Si、 0.03wt. %Ti的元素配比烙鑄400 X 1620 X 2500mm規(guī)格2524侶合金鑄錠。將合金鑄錠依次進 行498°C/3化均勻化處理、銳面、包侶、480°C/甜預熱，之后于480°C熱粗社，緊接著熱精社至 6.0mm。將熱精社板于290°C保溫4h，之后經(jīng)496 °C/50min固溶澤火、矯直處理和自然時效96h W上，工藝流程如圖1所示。測試最終成品板材的拉伸力學性能，并按GB/T 6398-2000和AMS 4296標準測試板材的疲勞裂紋擴展速率。
[0037] 實施例2
[0038] 按4.32wt. %加、1.35wt. %Mg、0.61wt. %Mn、0.08wt. %Fe、0.06wt. %Si、 0.03wt. %Ti的元素配比烙鑄400 X 1620 X 2500mm規(guī)格2524侶合金鑄錠。將鑄錠依次進行 498°C/3化均勻化處理、銳面、包侶、480°C/她預熱，之后在480°C熱粗社，緊接著熱精社至 6.0mm。將熱精社板按58 %壓下率冷終社變形至2.5mm，將冷終社板于270°C保溫化，之后經(jīng) 496°C/25min固溶澤火，又經(jīng)矯直處理后自然時效9加 W上，工藝流程如圖2所示。測試最終 成品板材的力學性能，并按GB/T 6398-2000和AMS 4296標準測試板材的疲勞裂紋擴展速 率。
[0039] 實施例3
[0040] 按4.32wt. %加、1.35wt. %Mg、0.61wt. %Mn、0.08wt. %Fe、0.06wt. %Si、 0.03wt. %Ti的元素配比烙鑄400 X 1620 X 2500mm規(guī)格2524侶合金鑄錠。將鑄錠依次進行 498°C/3化均勻化處理、銳面、包侶、480°C/她預熱，之后在480°C熱粗社，緊接著熱精社至 6.0mm。將熱精社板按58 %壓下率冷終社變形至2.5mm，將冷終社板于290°C保溫地，之后經(jīng) 496°C/25min固溶澤火，又經(jīng)矯直處理后自然時效9加 W上，工藝流程如圖2所示。測試最終 成品板材的力學性能，并按GB/T 6398-2000和AMS 4296標準測試板材的疲勞裂紋擴展速 率。
[0041 ] 實施例4