[发明专利]提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺

说明书

技术领域

本发明是一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，属于有色金属材料工程领域。

背景技术

随着航空工业的发展，对材料提出了更高的要求，作为飞机蒙皮的铝合金板材不仅要满足强度要求，而且要求具有安全性、可靠性及寿命长等特征。这就要求飞机用铝合金蒙皮材料在满足强度的同时，兼顾高断裂韧性和抗疲劳损伤的性能要求。

1995年美国铝业公司研制出用于飞机蒙皮的2524铝合金，并在AMS 4296航空标准中规定：对于厚度≥1.57mm的2524-T3板材，其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别不低于276MPa、421Mpa和15％；对于厚度<1.57mm的2524-T3板材，其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别不低于269MPa、407Mpa和15％。当R＝0.1，加载频率f＝2～10HZ，ΔK＝33MPa√m时，2524-T3铝合金板材在实际应用中最高所允许的疲劳裂纹扩展速率da/dN＝3.05×10^-3mm/cycle。

近年来，国内外关于板材疲劳裂纹扩展速率影响因素的研究及提高板材疲劳裂纹扩展速率的方法，主要集中在优化合金成分和控制板材第二相上。例如专利US7323068B2，主要通过限制2024铝合金中的Fe、Si杂质元素含量，添加Zr并减少Mn含量来提高合金的综合性能，合金成分为：Cu3.8-4.7％，Mg1.0-1.6％，Zr0.06-0.18％，Cr<0.15％，Mn>0-0.50％，Fe≤0.15％，Si≤0.15％。专利US5213639A，通过控制主合金元素的含量提高合金的断裂韧性和抗裂纹扩展性能，合金成分为：Cu4-4.5％，Mg1.2-1.5％，Mn0.4-0.6％，Fe≤0.12％，Si≤0.1％。文献《2024-T3和2524-T3铝合金疲劳裂纹的萌生机制》研究表明：2524铝合金大多数的裂纹都在第二相粒子处萌生，且多在第二相粒子的带状分布区、粗大第二相粒子或热轧中破裂的第二相粒子处开裂。而关于晶粒形貌和尺寸对板材疲劳裂纹扩展速率的影响研究及调控板材晶粒形貌和尺寸方法的报道较少。

发明内容

本发明提供了一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，通过控制板材冷终轧压下率，来控制板材L-ST截面晶粒平均等效直径和晶粒长宽比在所需范围内，使板材的拉伸力学性能和疲劳裂纹扩展速率均满足AMS 4296航空标准。

本发明的技术方案是：一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，包括以下步骤：

(1)按照2×××系铝合金成分及其含量范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭；

(2)将铸锭依次进行均匀化处理、铣面和包铝，之后再进行预热和热粗轧，制成热粗轧板；

(3)将热粗轧板进行热精轧及后续处理工艺，对于厚板产品，可通过热精轧至成品板材厚度；对于中厚板产品，热精轧后再经冷终轧变形至成品厚度，冷终轧压下率为15～40％；对于薄板产品，经热精轧后再经冷轧、中间退火和冷终轧变形至成品厚度，冷终轧压下率为15～40％。

(4)将经步骤(3)处理的板材进行固溶淬火处理，固溶温度为480～505℃，保温时间为3～60min；

(5)将固溶淬火后的板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。

进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所述步骤(3)中所述厚板产品，其成品板材厚度≥4.0mm，优选≥5.0mm；所述中厚板产品，其成品板材厚度为2.0～6.0mm，优选2.5～5.0mm，冷终轧压下率优选20～36％；所述薄板产品，其成品板材厚度<2.5mm，优选≤2.0mm，所述冷终轧压下率优选20～36％。

进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：对于薄板产品，冷轧中间退火温度为250～450℃，优选300～400℃，保温2～20h。

更进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：对于薄板产品，冷轧和中间退火工序可选择地重复多次。

再进一步地，上述提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所述步骤(1)中的合金材料成分为包括AA2024、AA2524在内的2×××系铝合金。