改善2×××-t3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，属于有色金 属技术领域。
【背景技术】
[0002] 铝合金具有低密度、高比强度、良好的韧性及耐蚀性等特点而广泛应用于航空、航 天、交通运输以及机械、电子、建筑等领域，在国民经济和国防建设中具有不可替代的作用。 2X X X系合金是高强变形铝合金的典型代表，在航空、航天、交通运输等领域均具有广泛 的应用前景。如何进一步提高2X X X系合金的性能，如疲劳裂纹扩展速率da/dN等，具有重 要的意义，目前国内生产的航空用2X X X-T3铝合金板材性能不稳定，尤其是da/dN值偏 高。如何通过关键加工工艺的优化改善2 X X X-T3板材疲劳裂纹扩展速率具有重大的意 义。
[0003] 国内外对2 X X X铝合金航空材料的疲劳性能开展了大量的研究工作，大部分工 作集中在最终板材性能结果分析上，给出了造成T3板da/dN性能低的可能影响因素，如第二 相控制、晶粒尺寸及织构控制等，但是始终没有提出改善da/dN性能的有效工艺措施。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于得到一种改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法， 旨在通过关键均匀化温度、时间及均匀化后冷却速率的应用，有效的控制热乳前合金组织 中粗大第二相的面积分数，从而显著的改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率。
[0005] 本发明所提出的改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，包括以下步 骤：
[0006] (1)按照一定合金成分范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭；
[0007] (2)均匀化热处理，其过程为:将铸锭从室温以10~400°C/h的平均升温速率或经1 ~48h升温至490~510°C，并保温1~60h，然后快速冷却，控制平均冷却速率2 70°C/h;
[0008] (3)预热保温处理，其过程为:将经步骤(2)处理后的铸锭从室温以10~400°C/h的 平均升温速率或经1~48h升温至420~500°C，保温1~15h;
[0009] (4)热乳，其过程为:热乳开乳温度为410~495°C，热终乳温度>250°C;
[0010] (5)对热乳后的板材进行退火和/或固溶处理，退火处理其温度控制在300~400 °C，保温时间控制在1~15h，固溶处理的固溶温度>490°C，保温时间> 15min;
[0011] (6)对经步骤(5)处理后的板材进行精整处理，处理过后进行自然时效，得到T3态 板材。
[0012] 进一步地，上述改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，其中：对于厚 板产品，其成品厚度2 4.0mm，成品厚度优选为2 6.0mm经步骤(4)热乳至成品厚度，所述步 骤(5)中的固溶处理采用辊底式淬火炉或盐浴炉。
[0013] 进一步地，上述改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，其中：对于中 厚板产品，其成品厚度为2.0~7. Omm，经步骤(4)热乳至3.0~12mm，所述步骤(5)中可选择 性进行退火处理再进行冷乳，直接冷乳至成品厚度，之后可选择的进行固溶前的预退火处 理再进行固溶处理，固溶过程采取辊底式淬火炉、盐浴处理或气垫炉处理，且保温时间〉 5min〇
[0014] 进一步地，上述改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，其中：对于薄 板产品，其成品厚度为< 3. Omm，经步骤(4)热乳至3.0~10.0 mm，所述步骤(5)中可选择性进 行退火处理再进行冷乳，冷乳至1.5~5. Omm，之后进行中间退火处理;之后再次进行冷乳， 直接冷乳至成品厚度;之后可选择的进行固溶前的预退火处理再进行固溶处理，固溶过程 采取盐浴处理或气垫炉处理，且保温时间>5min。
[0015] 更进一步地，上述改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，其中：所述 步骤(1)中的合金材料成分范围包括AA2524、AA2024合金等2X X X合金。
[0016] 更进一步地，上述改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，其中：所述 步骤(2)中快速冷却，通过放置冷却装置中实现，控制平均冷却速率2 100°C/h。
[0017] 更进一步地，上述改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，其中：所述 步骤(3)之前对经均匀化处理的铸锭可选择的进行包覆一层铝。
[0018] 本发明的实质性特点和显著的技术进步体现在:本发明2X X X-T3板疲劳裂纹扩 展速率的热处理方法，通过关键均匀化温度、时间及均匀化后冷却速率的应用，可以有效控 制热乳前合金组织中粗大第二相的面积分数，从而显著的改善2X X X-T3板疲劳裂纹扩展 速率da/dN值。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合表格、具体实施例及比较例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详述，以 使本发明技术方案更易于理解和掌握。
[0020] 本发明所提出的一种改善2 X X X-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，本发明 的材料成分范围包括了AA2524、AA2024等2X X X系合金，包括以下步骤：
[0021] (1)按照上述合金成分范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭；
[0022] (2)均匀化热处理，其过程为:将铸锭从室温以10~400°C/h的平均升温速率或经1 ~48h升温至490~510°C，并保温1~60h，然后快速冷却，控制平均冷却速率2 70°C/h(优选 2 100°C/h)，可通过放置冷却装置中等方式强冷实现；
[0023] (3)预热保温处理，在预热保温处理之前可对经均匀化处理的铸锭包覆一层铝，预 热保温过程为:从室温以10~400°C/h的平均升温速率或经1~48h升温至420~500°C，保温 1 ~15h;
[0024] (4)热乳，其过程为:热乳开乳温度为410~495°C，热终乳温度>250°C;
[0025] (5)对热乳后的板材进行退火和/或固溶处理；
[0026] (6)对经步骤(5)处理后的板材进行精整处理，处理过后进行自然时效，得到T3态 板材。
[0027] 上述步骤(5)中，对厚板产品，其成品厚度为2 4.Omm，优选2 6.Omm，可直接热乳至 成品厚度，紧接着进行固溶处理，固溶处理可采用辊底式淬火炉或盐浴炉等，固溶温度>490 °C，保温时间>15min;之后再通过步骤(6)进行精整处理，处理后进行自然时效，得到T3态厚 板产品。
[0028] 上述步骤(5)中，对中厚板产品，其成品厚度为2.0~7.0mm，优选2.5~6.0mm，可通 过步骤(4)热乳至3.0~12mm，优选4.0~10.0mm，然后可选择性进行退火处理再进行冷乳， 直接冷乳至成品厚度，之后可选择的进行固溶前的预退火处理再进行固溶处理，固溶过程 可采取辊底式淬火炉，盐浴处理或气垫炉处理等，固溶过程必须保证固溶温度>490°C，保温 时间>5min;之后再通过步骤(6)进行精整处理，处理过后进行自然时效，得到T3态不同厚度 产品。
[0029] 上述步骤(5)中，对于薄板产品，其成品厚度为< 3.0mm，优选< 2.5mm，可通过步骤 (4)热乳至3.0~10.0mm，优选4.0~6.0mm，之后可选择性进行退火处理再进行冷乳，冷乳至 1.5~5.0mm，优选为2.5~4.0mm，之后进行中间退火处理;紧接着再次进行冷乳，直接冷乳 至成品厚度;之后可选择的进行固溶前的预退火处理再进行固溶处理，固溶过程可采取盐 浴处理或气垫炉处理等，固溶过程必须保证固溶温度>490°C，保温时间>5min;之后进行精 整处理，处理过后进行自然时效，得到T3态不同厚度产品。
[0030] 上述步骤(5)中，所有涉及到退火的过程，其温度控制在300~400°C，保温时间控 制在1~15h。
[0031] 实施例1
[0032] 1)以AA2524合金为例，具体成分以质量百分比计为：Cu4.28wt. %，Mgl. 34wt. %， Mn0.59wt. %，Ti0.03wt. %，Fe0.03wt. %，Si0.03wt. %，其余组分为A1 和不可避免的杂质。 [0033] 2)按照1)中合金元素配比进行配料熔炼，铸造得到扁锭，扁锭横截面尺寸为 1350mm X 450mm，之后对扁锭进行如下的加工工艺处理。其特征在于:从室温以40°C/h的平 均升温速率或经约12h升温至498°C保温30h，然后冷却，控制平均冷却速率100°C/h或经约 5h冷至室温;扁锭铣面至约400mm厚，包覆铝之后对均匀化处理后的扁锭进行热乳前的预热 保温处理，预热保温过程为:从室温以40°C/h的平均升温速率或经约1 lh升温至460°C，保温 4h;然后直接进行热乳，热乳起始厚度约为4