[发明专利]一种航空用2xxx系铝合金及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金，尤其涉及一种航空用2xxx系铝合金及其加工方法，属于有色金属技术领域。

背景技术

2xxx系铝合金由于具有中等强度、高损伤容限而被应用于飞机上对断裂韧性、抗疲劳性能有较高要求的部位，如处于拉应力状态的飞机机身蒙皮以及下翼面蒙皮。具有代表性的航空用2xxx系铝合金有：2024、2124、2324等铝合金。

为了提高2xxx系铝合金的塑性、断裂韧性及疲劳性能，最直接的方法就是提高材料的纯度，即降低合金中Fe、Si杂质的含量。但为提高材料的塑性及断裂韧性，不能无限制的减少Fe、Si含量；因为减少Fe、Si含量将大幅度增加材料成本，且可能在冶金过程中难以实现。

同时2xxx系铝合金中主合金元素Cu、Mg含量超过其在合金中最大固溶极限后所形成的过剩相对材料的塑性及断裂韧性有不利的影响。

除此之外，在2024及其衍生合金中常添加Mn元素，Mn与Al、Cu元素在均匀化退火过程中形成Al₂₀Cu₂Mn₃相，阻碍材料加工过程中的再结晶，达到控制晶粒尺寸的目的。但Al₂₀Cu₂Mn₃在较高温度下控制晶粒尺寸的作用将下降；且Al₂₀Cu₂Mn₃相的尺寸较大，可能会影响材料的塑性及断裂韧性。

因此有必要对航空用2024合金及其衍生合金进行成分优化，以提高材料的性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种航空用2xxx系铝合金及其加工方法，通过合理优化2xxx系铝合金中合金元素的含量，进一步提高材料的强度和塑性，使材料具有较好的综合性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种航空用2xxx系铝合金，其成分的质量百分含量如下——

Mg        1.3～1.5wt％，

Cu        3.5～4.05wt％，

Si        ≤0.10wt％，

Fe        ≤0.10wt％，

Mn        0.5～0.7wt％，

Cr        ≤0.10wt％，

Ti        ≤0.15wt％，

Zr        0.10～0.15wt％，

Al        余量，

且Cu含量与Mg含量之比为2.50～2.70∶1。

进一步地，上述的一种航空用2xxx系铝合金，其中，所述合金的屈服强度在315MPa以下，延伸率在22％以上，抗拉强度在440MPa以上。

再进一步地，上述的一种航空用2xxx系铝合金的加工方法，特点是：将合金铸锭进行均匀化热处理，即将合金铸锭从室温以40～50℃/h的升温速率升到490～500℃，保温10～30h，然后空冷；采用挤压方式获得合金板材，挤压温度为400～490℃；挤压后的合金板材经495℃/1h固溶后，自然放置100h以上。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明通过合理调整2xxx系铝合金中Cu、Mg的含量，以控制组织中过剩相的含量，并保证主要强化相Al₂CuMg的含量，从而使材料具有较好的强度和塑性；同时优化微量元素，进一步提高材料的强度。多种技术措施确保材料具有较好的综合力学性能，是制造航空部件的理想材料，较好满足航空业的使用要求，应用前景非常看好。

具体实施方式

在Fe、Si含量一定的情况下，优化2xxx系铝合金的主合金元素Cu、Mg的含量，以减少过剩相Al₂CuMg或Al₂Cu的体积分数，是提高材料塑性及断裂韧性的关键之所在。