本发明涉及一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，可以有效提高铝铜镁合金综合性能；属于铝合金热机械处理
技术领域：
。技术背景：随着全球社会经济的发展，为了满足人类发展的需要，工业上对于所使用的材料的性能要求越来越高。铝合金作为一种具有高的比强度、高的比刚度、良好的塑韧性、好的加工性能的金属材料，被广泛的运用于航空航天、汽车等领域。我国的铝合金产量巨大，但存在着诸多质量问题。目前我国在工业上，越来越要求铝合金材料具有良好的综合性能，但由于国内技术的缺失，许多应用于航空航天领域的铝合金材料还依赖于进口。因此提升铝合金的性能成为了人们关注的热点。常见的提高铝合金性能的方法有：调控合金元素、粉末冶金、喷射成形、回归再时效、热机械处理等。近年来为了提高铝合金的综合性能,还出现了一些比较新的方法，如：等通道转角挤压(ECAP,equalchannelangularpressing)、高压扭转(HPT,highpressuretorsion)、累积轧制(ARB,accumulativerollbonding)等，这些方法在细化合金组织上有显著效果由此提高合金的综合性能。但相比较而言，热机械处理有着更高的生产率、更易操作、更低的成本、适用于连续生产等优点，因此利用热机械处理的方法来提高铝合金的综合性能具有更大的实际意义。传统工艺中，铝合金的热机械处理工艺通常是固溶后，先进行过时效析出大尺寸相，然后进行变形，之后为了细化晶粒同时消除第二相再次进行固溶淬火，再进行时效处理。通过上述工艺的处理，可以有效改善铝合金的强度，但很难实现铝合金的强度与塑韧性的兼顾，特别是传统热机械处理为细化晶粒而通过过时效得到的大尺寸析出相需要通过二次固溶进行消除，而二次固溶会使变形产生的位错等微观结构完全回复而消失，在后续时效处理时不利于位错亚结构的形成，不利于其耐损伤性能的提高，导致铝合金在使用过程中因外力而产生损伤，使其性能下降甚至失效。另外，传统的热机械处理工艺流程往往较长且复杂，工艺成本高。因此，对现有铝合金热机械处理工艺进行优化，以提高铝合金的综合进行性能，在兼顾铝合金强度的基础上有效改善塑韧性，提高铝合金耐损伤性能，成为本领域亟需解决的技术难题。技术实现要素：：本发明目的在于克服现有技术之不足提供一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，本发明的工艺方法可以有效提高铝铜镁合金的综合性能且流程短、操作方便。本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，是将铝铜镁合金试样加热至固溶温度保温后，随炉冷却或出炉空冷至轧制温度进行热轧，热轧后水淬，随后进行深冷变形处理，深冷变形后进行时效处理。本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，包括下述步骤：第一步：固溶热轧连续处理将铝铜镁合金试样在热轧温度以上固溶保温后，随炉冷却或出炉空冷至热轧温度进行热轧变形处理，热轧变形后水淬，控制终轧温度≥440℃；第二步：深冷变形处理将第一步所得的铝铜镁合金试样进行深冷变形处理；深冷变形处理温度低于-120℃，深冷变形量≥40％；第三步：时效处理将经过深冷变形处理后的试样进行时效处理；本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，第一步中，固溶保温温度为480℃-510℃，固溶保温时间30min-3h；固溶保温后随炉冷却或出炉空冷至热轧开轧温度；热轧开轧温度为450℃-480℃，终轧温度为440℃-470℃；热轧变形量为20％-80％；优选的固溶保温温度为495℃-505℃，固溶保温时间1h-1.5h；优选的开轧温度为470℃-480℃，终轧温度为440℃-450℃，热轧变形量为40％-60％；本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，第二步中，深冷变形处理温度为-190℃至-120℃，深冷保温时间5min-15min；深冷变形的变形量为40％到80％；优选的深冷变形处理温度为-160℃至-170℃，深冷保温时间10min-15min；深冷变形量为55％-70％；本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，第三步中，时效处理为人工时效，时效处理温度为120℃-210℃，时效时间为1h-48h；优选的时效处理温度为180℃-200℃，时效时间为10h-20h；本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，所述铝铜镁合金包括下述组分，按质量百分比组成：Cu1.5％-5.5％Mg0.2％-2％余量为Al。本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，所述铝铜镁合金包括下述组分，按质量百分比组成：Cu2％-5％Mg0.5％-1.8％余量为Al。本发明一种铝铜镁合金获得高综合性能的热机械处理工艺，所述铝铜镁合金包括下述组分，按质量百分比组成：Al-4.45Cu-1.5Mg。本发明中，所述固溶热轧连续处理是指在固溶温度保温后，再冷却至所需温度进行热轧变形处理，然后立即进行水淬；使试样在进行热轧之后其状态为过饱和态，同时后续时效处理之前可不再进行固溶。在此过程中的固溶保温温度为480℃到510℃，固溶保温的时间为30min到3h，热轧变形处理所需开轧温度为450℃到480℃，终轧温度为440℃到470℃，热轧变形处理的变形量为20％到80％。在固溶热轧连续处理之后的深冷变形是指将铝合金试样用液氮进行冷却，使试样温度降低到-190℃到-120℃，然后再进行轧制变形，深冷变形的变形量为40％到80％。经过深冷变形后的试样再进行时效处理，所述时效处理为人工时效，温度为120℃到210℃，时间为1h到48h。相较于传统工艺，本发明的优点是：1、本发明将传统工艺中的固溶、热轧处理两个独立的过程有机结合，采用固溶热轧连续处理，即先使试样在固溶温度下保温，使其充分固溶达到过饱和态，然后随炉冷却或出炉空冷至热轧温度进行热轧，之后立刻淬火。其中本发明中热轧温度440℃到480℃高于铝铜镁铝合金常用的热轧温度(400℃到440℃)；本发明的上述工艺组合，使铝铜镁合金试样在经过热轧处理后依然保持过饱和状态，抑制了溶质原子的析出，避免了传统工艺中的二次固溶处理，使工艺更加连续、流程得到简化，特别是在经过热轧之后的铝合金试样的状态为过饱和态，抑制溶质原子析出，为后续的深冷及时效强化处理准备了良好的基体组织。2、本发明不进行二次固溶处理，只在固溶热轧连续处理中的变形时会进行动态再结晶和动态回复，相较于传统热机械处理进行二次固溶处理时会发生再结晶，本发明的最终产品再结晶晶粒比例较低。铝合金一般通过亚晶合并的方式进行再结晶形核，由于合并之后形成的较大亚晶的晶界上吸收了更多位错，从而逐渐转化为大角度晶界，因此铝铜镁合金在经传统热机械处理的二次固溶后的再结晶晶粒通常大角度晶界比例较高。由于再结晶晶粒大角度晶界比例较高，在时效过程中，容易在大角度晶界上析出较大尺寸的沉淀相，这会使铝铜镁合金的晶界强度降低，导致铝铜镁合金在外加载荷状态下易发生沿晶断裂，使铝合金韧性降低。本发明技术得到的铝铜镁合金，由于再结晶晶粒比例较低，因此其大角度晶界比例较传统热机械处理所得到的铝铜镁合金低，由此降低了时效过程中在大角度晶界上析出大尺寸相的可能性，相较于经传统热机械处理后的铝铜镁合金减少了晶界处的大尺寸相，避免了晶界强度的降低，使裂纹沿晶扩展时所受到的阻力更大，耐损伤性能较传统热机械处理下的铝合金得到显著提高。3、本发明通过将固溶、热轧两种工艺的结合，一方面，保留了热轧时产生的变形织构，有效强化铝合金；另一方面，保留了热轧时产生的位错，可以保留较大位错密度，并在后续时效处理中形成位错亚结构，位错亚结构在铝合金受外力作用时，使位错运动受到阻碍，显著提升铝铜镁合金的强韧化性能；避免了传统工艺在进行二次固溶处理时，使变形织构回复转变为再结晶织构，位错在固溶过程中发生完全回复而消失，导致铝铜镁合金基体中的强化织构及位错亚结构数量减少，使铝铜镁合金强韧性难以实现良好匹配的缺陷。4、本发明通过将固溶、热轧两种工艺的结合，有助于在动态再结晶时，使晶粒细化，通过后续深冷变形引入大量位错等缺陷来促进时效时纳米级沉淀相的析出，使多种强化机制同时作用，改变了以往热机械处理单一强化机制作用，以利于更好地改善铝铜镁合金综合性能，使塑韧性和强度同时得到改善。本发明处理的铝铜镁合金的屈服强度达到420Mpa以上，抗拉强度达到560Mpa以上，延伸率达到11％以上，断裂韧性达到65MPa·m1/2以上；与传统的T3处理相比，在保持良好的延伸率的情况下，屈服强度提高27％；抗拉强度提高22％；断裂韧性提高9.8％；5、运用本发明所述方法，调控热轧连续处理、深冷变形、人工时效处理的工艺参数可制得超细晶，使晶界密度增大来提高形成位错塞积所需要的外加载荷，同时增加晶界面积可抑制裂纹的移动和延伸，由此可提高铝铜镁合金耐损伤性能。附图说明附图1为本发明工艺流程图。图中：TS-------------固溶保温温度；TC-------------热轧变形处理温度；Ta-------------时效温度。具体实施方式：下面结合实施例和传统工艺对比例对本发明作进一步说明。实施例1：采用试样厚为12mm的铝铜镁合金冷轧板，其合金成分为Al-4.45Cu-1.5Mg-0.54Mn(质量分数％)。首先，将试样放入温度为493℃的空气炉中保温1h；然后将试样从空气炉中拿出并在空气中冷却到470℃的开轧温度进行热轧变形处理,终轧温度为450℃，变形量为30％；热轧之后立刻进行水淬；经过水淬的试样再进行深冷变形处理，试样在液氮中浸泡15min使其温度降至-185℃时进行轧制，变形量为80％；经过深冷变形处理之后再进行人工时效，时效温度为120℃，时间为45h。本实施例处理后的铝铜镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂韧性(Kq)参数见表1。实施例2：采用试样厚为12mm的铝铜镁合金冷轧板，其合金成分为Al-4.45Cu-1.5Mg-0.54Mn(质量分数％)。首先，将试样放入温度为485℃的空气炉中保温1h；然后将试样从空气炉中拿出并在空气中冷却到455℃的开轧温度进行热轧变形处理，终轧温度为440℃，变形量为50％；热轧之后立刻进行水淬；经过水淬的试样再进行深冷变形处理，试样在液氮中浸泡10min使其温度降至-155℃时进行轧制，变形量为60％；经过室温轧制处理之后再进行人工时效，时效温度为170℃，时间为16h。本实施例处理后的铝铜镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂韧性(Kq)参数见表1。实施例3：采用试样厚为12mm的铝铜镁合金冷轧板，其合金成分为Al-4.45Cu-1.5Mg-0.54Mn(质量分数％)。首先，将试样放入温度为500℃的空气炉中保温1h；然后将试样从空气炉中拿出并在空气中冷却到480℃的开轧温度进行热轧变形处理，终轧温度为465℃，变形量为70％；热轧之后立刻进行水淬；经过水淬的试样再进行深冷变形处理，试样在液氮中浸泡5min使其温度降至-120℃时进行轧制，变形量为40％；经过室温轧制处理之后再进行人工时效，时效温度为200℃，时间为6h。本实施例处理后的铝铜镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂韧性(Kq)参数见表1。对比例1：采用试样厚为12mm的铝铜镁合金冷轧板，其合金成分为Al-4.45Cu-1.5Mg-0.54Mn(质量分数％)。首先进行固溶处理，将试样放入温度为490℃的空气炉中保温1h，然后进行淬火；之后在温度为430℃的空气炉中保温20min，然后进行热轧变形，变形量为50％，变形完成之后立刻淬火；接着进行室温轧制，变形量为60％；进行室温轧制之后再次进行固溶处理，将试样放入温度为490℃的空气炉中保温1h，然后进行淬火；最后进行T3制度处理，先进行变形量为6％的室温轧制处理，再进行自然时效，时间为100h。本对比例处理后的铝铜镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂韧性(Kq)参数见表1。对比例2：采用试样厚为12mm的铝铜镁合金冷轧板，其合金成分为Al-4.45Cu-1.5Mg-0.54Mn(质量分数％)。首先进行固溶处理，将试样放入温度为490℃的空气炉中保温1h，然后进行淬火；之后在温度为430℃的空气炉中保温20min，然后进行热轧变形，变形量为50％，变形完成之后立刻淬火；接着进行室温轧制，变形量为60％；进行室温轧制之后再次进行固溶处理，将试样放入温度为490℃的空气炉中保温1h，然后进行淬火；最后进行T6峰时效，时效温度为120℃，时间为24h。本对比例处理后的铝铜镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂韧性(Kq)参数见表1。对比例3：采用试样厚为12mm的铝铜镁合金冷轧板，其合金成分为Al-4.45Cu-1.5Mg-0.54Mn(质量分数％)。首先进行固溶处理，将试样放入温度为490℃的空气炉中保温1h，然后进行淬火；之后在温度为430℃的空气炉中保温20min，然后进行热轧变形，变形量为50％，变形完成之后立刻淬火；接着进行室温轧制，变形量为60％；进行室温轧制之后再次进行固溶处理，将试样放入温度为490℃的空气炉中保温1h，然后进行淬火；最后进行T8制度处理，先将试样进行变形量为6％室温轧制处理，再进行温度为190℃，时间为12h的时效处理。本对比例处理后的铝铜镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂韧性(Kq)参数见表1。表1：实施例屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率(％)Kq(MPa·m1/2)1421.6560.413.472.912433.5571.812.270.263450.1568.511.267.82对比例屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率(％)Kq(MPa·m1/2)1354.2467.216.866.362375.3495.610.755.063481.2508.04.840.83通过以上实施例与对比例性能的比较可知：经本发明工艺处理得到的铝铜镁合金，其抗拉强度与屈服强度较传统热机械处理工艺均有显著提升，其提升幅度均达到20％以上，且保持了较好的延伸率，此外韧性也有了明显的提高，实现了铝合金塑韧性和强度的兼顾，且流程工艺比以往更为精简有效，更便于提高铝合金综合性能。当前第1页1 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