[发明专利]一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al-Cu-Mg合金的加工方法，特指系一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法；属于有色金属加工工艺技术领域。

技术背景

Al-Cu-Mg系合金由于具有中等强度，良好的韧性和优异的抗疲劳性能，是航空航天中广泛应用的沉淀硬化型铝合金，尤其常常作为飞机蒙皮材料应用，在航空领域具有极其重要的地位。然而，近年来复合材料的快速发展给铝合金带来了较大的冲击，因此进一步提高该铝合金疲劳性能具有重要意义。

研究表明，针对该铝合金抗疲劳性能的提高，目前主要开展了诸如合金杂质元素、原子团簇尺寸、预变形、Cu-Mg成分比、过剩相、电场效应等方面研究，已经取得较大的突破。研究表明低的Cu/Mg成分比的Al-Cu-Mg合金具有更为优异的抗疲劳性能。低Cu/Mg成分比的Al-Cu-Mg合金自然时效态下，合金的时效析出处于GPB区的析出阶段。自然时效析出的原子偏聚团簇被证明有利于循环加载过程中位错的往复滑移，从而降低合金的疲劳损伤。此外，过剩相、杂质、温度对原子团簇尺寸，原子偏聚的电场效应以及预变形引入位错对交变应力下滑移的影响等方面也做了相关的研究。

然而，上述诸多研究只是铝合金疲劳性能提高的一些方面。分析表明，合金疲劳性能与交变应力作用下位错往复滑移有直接的关系。位错滑移受到的阻碍越大，疲劳损伤积累越快，扩展速率就会越高。研究表明，位错滑移与合金晶粒的特殊取向有直接关系，具有高斯织构的晶粒可以增大合金的裂纹闭合效应，从而降低裂纹扩展速率。与此相反，诸如黄铜等形变织构容易使裂纹发生垮晶界扩展，不利于提高合金的抗疲劳性能。目前研究表明，通过中间退火、高温固溶等工艺能一定程度上获得高密度的高斯织构，并且同时还能抑制诸如黄铜等变形织构的产生。这些工艺的出现能一定程度上提高该类合金的抗疲劳性能，然而其获得的高斯织构密度总的来说都比较低，还有较大的提升空间。此外这些技术工艺相对来说都较为复杂，需要耗费更多的能源，工业生产极为不便。

如何获得较强高斯织构或者消除（或是最大程度减弱）形变织构是提高该系列铝合金抗疲劳性能的关键所在。因此，开发出合适的铝合金热加工工艺，消除或减弱合金中黄铜织构并获得较强高斯织构，而且同时能够消除合金中的粗大相，减少裂纹萌生几率，是提高该系列铝合金抗疲劳性能的有效途径。将有利于提升该系列铝合金在航空航天领域的应用水平具，具有深远的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作方便、节约成本的提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法；以进一步提高现有铝合金材料热处理后的抗疲劳性能。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，是将均匀化处理后的Al-Cu-Mg合金依次进行高温热轧，一次固溶处理，大变形量冷轧，二次固溶处理，自然时效处理。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，所述高温热轧工艺为：热轧温度430—490℃，保温时间20分钟—4小时，热轧变形量30—60%。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，所述一次固溶处理、二次固溶处理工艺均为：固溶温度470—500℃，保温时间5分钟—2小时，水淬。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，所述大变形量冷轧工艺为：冷轧变形量50%—90%。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，所述二次固溶处理采用盐浴加热。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，所述自然时效是在常温下放置50-200小时。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法，Al-Cu-Mg合金中，各组分质量百分含量为：Cu3.0-4.9%，Mg1.0-1.8%，Mn0.3-1.0，余量为Al。

本发明的机理以及优点简述于下：

本发明通过高温热轧工艺使得合金发生动态再结晶，使得合金在轧制过程中动态再结晶充分完成，从而形成较多诸如Goss、Cube等具有一定取向的再结晶织构。而Goss、Cube等织构的强弱与材料的疲劳性能有直接关系。高斯织构较强的合金，晶粒中较多的{111}面处在或者接近于最大外加切应力方向，有利于位错的往复滑移，使合金更容易产生驻留滑移带，从而增强疲劳裂纹的塑性诱导闭合效应，降低损伤积累，并且促进裂纹偏转，进而降低合金的疲劳裂纹扩展速率，有效提高合金的抗疲劳性能。