[发明专利]一种采用微量锆或微量钪和锆微合金化的铝铜镁合金薄板及制备

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金制备技术领域，尤其涉及到一种具有较高抗疲劳性能的航空用高强铝合金薄板及其制备技术。

背景技术

传统的2524铝铜镁合金由于其强度高、耐热性好、成型性优良及耐损伤等特点，是一种典型的航空航天用轻质高强结构材料，但是它的抗疲劳特性仍然有待进一步提高。

发明内容

发明人通过实验发现，微量钪和锆添加到铝镁合金和铝锌镁合金中，有显著的晶粒细化作用，钪、锆与铝形成的次生的Al₃Zr和Al₃(Sc_1-xZr_x)粒子与基体共格，弥散的分布在α(Al)基体中，强烈的钉扎位错和亚晶界，有效的抑制合金的再结晶，从而增加了亚结构强化和析出强化效果，因此钪和锆添加到铝镁合金和铝锌镁合金中，可显著提高合金的强度。细晶组织、大量弥散分布的Al₃Zr和Al₃(Sc_1-xZr_x)粒子、高密度的位错和晶界、位错运动的高摩擦阻力可有效阻止微裂纹的形核和扩展，它们应该也可以显著降低合金的疲劳裂纹扩展速率和提高合金的疲劳寿命。为此，本发明进行了微量锆、微量钪和锆微合金化对航空用高强铝铜镁合金薄板组织和性能的影响的研究，为了发挥钪和锆复合添加的有益作用和抑制可能出现有害的W相，合金设计时需要同时将铜含量和钪的添加量控制在合理的范围。

本发明的目的是为了进一步提高现有航空用高强2524铝合金薄板的抗疲劳性能，而提供一种具有较高屈服强度、较高抗疲劳性能的航空用高强2524SZ铝合金薄板及其制备方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

一种铝合金薄板，由以下重量份成分组成：3.80％-4.0％的Cu、1.20％-1.6％的Mg、0.25％-0.4％的Mn、0.02％-0.06％的Fe、0.02％-0.06％的Si、0.03％-0.06％的Ti、0-0.10％的Sc、0.05％-0.10％的Zr和余量的Al，杂质的总含量不大于0.1％。

本发明还优选一种铝合金薄板，由以下重量份成分组成：3.80％-4.0％的Cu、1.20％-1.6％的Mg、0.25％-0.4％的Mn、0.02％-0.06％的Fe、0.02％-0.06％的Si、0.03％-0.06％的Ti、0.03％-0.10％的Sc、0.05％-0.10％的Zr和余量的Al，杂质的总含量不大于0.1％。

本发明的制备方法包括以下步骤：

(1)按上述各成分的重量百分比配制合金原料，炉料在熔炼炉中熔化；

(2)熔体精炼除气后半连续铸造成扁锭；

(3)在Sc为0情况下，得到的锆微合金化的扁锭在420-450℃均匀化处理12-16小时，或是Sc不为0情况下，得到的钪和锆复合微合金化的扁锭在320-340℃的温度下均匀化处理8-12小时，空冷；将均匀化处理后的铸锭在400-430℃的温度下保温，之后铸锭经多道次热轧到5-7mm空冷；再经多道次冷轧到2.0-2.2mm厚的薄板；

(4)薄板经495-500℃盐浴固溶后，水淬，再进行压光、矫直和不低于96小时的自然时效(T3)处理，之后得到成品板材。

所述(1)步中合金原料在熔炼炉中熔化过程是：将铝、铜、Al-Mn和Al-Ti中间合金在熔炼炉中熔化，熔体完全熔化后，Zr元素以Mg-Zr中间合金或者锆盐的形式加入，Sc不为0时，Sc元素以Al-Sc中间合金的形式加入；Mg以纯镁形式加入。

所述(3)步中均匀化处理过程中铝基体内析出纳米级Al₃Zr和Al₃(Sc，Zr)粒子。均匀化处理后按常规方法对铸锭进行锯切和铣面。

所述(4)步中，热轧得到的热轧板在380-420℃的温度下中间退火1-2小时。

所述(4)步中，盐浴温度最优选498℃。

所述(5)中固溶处理时间优选30-60min。

所述(5)中压光过程中，变形量控制在5％-7.5％。

本发明具体的实施过程为：