[发明专利]一种提高Al-Cu-Mg合金抗损伤容限性能的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种提高Al-Cu-Mg合金抗损伤容限性能的方法；具体涉及一种提高Al-Cu-Mg合金疲劳断裂时应力场强度因子的方法，属于有色金属材料加工领域。

背景技术

Al-Cu-Mg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，尤其常作为飞机蒙皮和舱壁材料应用，占飞机材料重量的50％左右，在航空领域具有极其重要的地位。但随着航空科技的发展，对于飞机结构材料不仅要求其具有较高的静强度，还应具有较好的抗损伤容限性能，抗损伤容限性能不仅仅是指疲劳裂纹扩展的速率低，更重要的是指在较高的应力场强度因子(ΔK)作用时，裂纹仍然处于稳定扩展阶段，而未发生失稳，此时的合金还可以继续服役，或者说合金在断裂时对应的应力场强度因子高。此外航空用铝合金遭遇到复合材料的强力挑战，因此研制出具有更高抗损伤容限性能的铝合金是在这一竞争中胜出的关键。

在工业化生产板材时必须施加一定的预变形处理，预变形的目的主要是因为：合金在淬火过程中通常会由于淬火应力的作用，导致板材出现翘曲及板型不规整等现象。通过施加一定量的预变形，可有效矫正合金的板型，使板材平整；其次，合金在淬火过程中，表面会产生不均匀的残余应力，对疲劳性能十分不利，因此施加一定的预变形有利于消除合金表面的残余应力。目前预变形的方案一般采用预拉伸变形，如公开号为CN101037752A、CN101037747A、CN101037748A、CN103952652A、CN103498119A、CN101705403A、CN101701308A等专利所采用的技术方案，其预拉伸变形的目的主要是对板材进行矫直变形和去除残余应力，但是拉伸变形不仅降低了板材的断裂韧性而且也降低了合金板材的抗疲劳损伤性能，对抗损伤容限性能极为不利；此外过大的拉伸变形量会使板材断裂。

发明人之前申请并授权的专利(CN103614597A)公开了采用轧制预变形及配套的热处理工艺，可以有效提高合金强度；发明人的另外一项专利(CN103469037A)采用大挤压比变形破碎第二相粒子，以及配合采用拉伸预变形和欠时效处理获得具有一定变形能力的时效粒子，实现有效提高合金的耐热性能和疲劳强度的目的。但合金的强度、耐热性能、疲劳强度等性能指标与合金的抗疲劳损伤容限性能是完全不同性能体系，特别是合金强度的提高还会导致合金的抗疲劳损伤容限性能的降低。因此，现有铝合金的预变形方案，都没从预变形方式及变形量对板材抗损伤容限性能的提高给出有效的技术方案和启示。

美国专利报道了通过先轧制后拉伸综合预变形处理可降低铝合金的疲劳裂纹扩展速率(US2004079455)。但是抗损伤容限设计理论除了考虑降低疲劳裂纹扩展速率外，更重要的是指板材在断裂时对应的应力场强度因子高。目前提高板材抗损伤容限性能的主要方法是从合金成分配比及控制杂质含量角度来实现，如专利技术：CN1829812A、CN101124346A、CN101410540A、CN101580910A、CN101705399A、CN103045921A、CN102251159A所公开的技术方案。这些专利技术并不是针对疲劳裂纹失稳扩展对应的最大ΔK值(最大损伤容限)而开发的。由于抗损伤容限性能是现代飞行器抗损伤容限设计的核心性能，所以这些专利技术对于现代飞行器抗损伤容限设计没有直接的指导意义和价值。

至今为止，未见采用预变形及热处理工艺以提高铝合金板材抗损伤容限性能的公开报道。因此，研制提高Al-Cu-Mg合金疲劳断裂时对应的应力场强度因子范围，即：提高合金抗损伤容限性能的方法，对于提升该合金在航空领域的应用水平具有重要意义。

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提高Al-Cu-Mg合金抗损伤容限性能的方法，本发明通过采用合理的预变形处理工艺与时效工艺的配合，有效提高Al-Cu-Mg合金疲劳断裂时应力场强度因子。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金耐损伤容限性能的方法，采用以下方案实现

是将Al-Cu-Mg合金板材经过固溶+淬火处理后，进行变形量≤15％的冷轧预变形处理，然后，进行自然时效或人工时效处理。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金耐损伤容限性能的方法，合金板材的固溶工艺制度为490-520℃/10-60min。

本发明一种提高Al-Cu-Mg合金耐损伤容限性能的方法，合金板材的自然时效制度为在室温时效至少96h；人工时效制度为120-160℃/0.5-50h。