[发明专利]一种具有高强度Goss+P织构和优异抗疲劳性能的Al-Cu-Mg合金及工艺

说明书

一种具有高强度Goss+P织构和优异抗疲劳性能的Al‑Cu‑Mg合金及工艺，所述合金包括Cu 4.2～4.5％，Mg 1.2～1.5％，Mn 0.3～0.8％,Ti 0.03～0.1％,Fe<0.06％，Si<0.06％；且Cu/Mg质量比为2.9～3.7。热加工方法是将Al‑Cu‑Mg铸锭进行均匀化、高温快速热轧、再结晶退火、固溶淬火、自然时效。本发明工艺简单合理，通过控制合金的Cu/Mg比降低P织构的形成温度至与Goss织构形成温度相同或相近。然后，通过均匀化处理，消除组织成分偏析和第二相粒子分布不均匀性，继而高温大变形量快速热轧获得高强度Brass织构，通过退火+固溶淬火处理同时获得高强度的Goss织构和P织构，最大程度地消耗Brass、Copper等形变织构，得到高强度Goss和P织构，阻碍疲劳裂纹扩展，使得合金具有优良的抗疲劳性能，适于工业化应用。

技术领域

本发明公开了一种具有优异抗疲劳性能的Al-Cu-Mg合金及热加工工艺；具体涉及一种具有高强度Goss+P织构和优异抗疲劳性能的Al-Cu-Mg合金及热加工工艺；属于有色金属加工工艺技术领域。

背景技术

Al-Cu-Mg系铝合金具有密度低、强度高、铸造性能、焊接性能以及加工性能良好等综合性能，其退火态和时效态板材被广泛应用于航空工业及民用工业等领域，尤其是在航空工业中有着十分重要的地位，是航空工业主要结构材料之一。20世纪80年代以后，随着航空航天领域的迅猛发展，对飞机的要求越来越高，其服役环境更加恶劣，除了要求基本的高强度之外，还要满足高抗疲劳性能，高耐热性能等要求。然而，对于提高Al-Cu-Mg系合金抗疲劳能力，目前的研究还不够全面深入。同时，复合材料的出现又对航空用抗疲劳损伤铝合金产生巨大挑战。因此，如何进一步提高该系铝合金抗疲劳性能成为亟需解决的问题，这也对该系铝合金在航空航天领域的应用和发展具有十分深远的意义。

针对该系航空用铝合金抗疲劳性能的研究，目前主要从控制原子团簇尺寸、析出相、合金成分配比、杂质含量、预变形以及电场效应等方面进行开展，并且取得了一定的成果。专利CN10349811A通过控制Al-Cu-Mg合金固溶态预拉伸板材的时效进程,形成能够被位错反复切割的原子团簇和GP区强化粒子，在保持较高的强度条件下，大大减小了疲劳裂纹尖端位错往复滑移的阻力和疲劳损伤积累，提高了板材的抗疲劳性能。专利CN101082115A公开一种热处理工艺，可以使低Cu/Mg成分比Al-Cu-Mg合金获得大尺寸的GPB区强化组织，这种组织有利于位错在循环应力作用下往复滑移，抗疲劳性能较好。专利CN103469037A采用大变形量挤压破碎第二相粒子，然后预拉伸引入位错作为能量陷阱，控制Al-Cu-Mg合金的时效进程在S，相的早期阶段，从而得到弥散分布的S，相，S，相足够的韧度和变形能力，使得合金具有较好的抗疲劳性能。专利CN1829812A、CN102251159A、CN103045921A、CN101580910A、CN101124346A所公开的技术方案，主要是通过控制合金成分配比以及杂质元素的含量来提高材料的抗疲劳性能。专利CN105734469A采用在时效前进行6～15％的冷轧预变形处理，使表面产生一定的压应力层，有效抑制裂纹在疲劳应力作用下的形成和扩展。另外，美国专利US2004079455也报道了通过先轧制后拉伸综合预变形可以降低了合金的裂纹扩展速率。专利CN101921977A和CN101570839则是通过电场、应力场和温度场的综合作用来改善晶内析出相、晶界沉淀相和无沉淀析出带的形态和分布，一定程度上提高了合金的耐疲劳损伤性能。

然而上述诸多因素的研究并不代表合金疲劳机理研究的全部。一个典型的例子是国产2524铝合金在合金成分、杂质元素和矫正变形等因素都控制合理的情况下，其疲劳裂纹扩展速率仍未达到国际标准。发明人通过深入研究2524铝合金板材发现织构也是影响该系铝合金板材抗疲劳性能的关键因素。发明人研究发现：Goss织构，P织构对提高铝合金抗疲劳性能有良好的作用，而诸如Brass等形变织构容易使裂纹发生跨晶界扩展，不利于提高合金的疲劳性能。