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。本发 明从第二相控制的角度出发，得到了一种改善2 X X X-T3疲劳裂纹扩展速率da/dN的热处 理方法，即通过"均匀化与预热保温一体化"共同处理的方法，显著的改善了板材的da/dN性 能。
【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， 旨在通过均匀化与预热保温一体化共同应用，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，保温过后冷却至470~500°C，冷却至该温度后，保 温1~20h;
[0008] (3)热乳，其过程为:热乳开乳温度为470~490°C，热终乳温度>250°C;
[0009] (4)对热乳后的板材进行退火和/或固溶处理；
[0010] (5)对经步骤(4)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。
[0011]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，优选为2 6.0mm经步骤(3)热乳至成品厚度，所述步骤(4)中的 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。
[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：对于中 厚板产品，其成品厚度为2 · 0~7 · 0mm，优选为2 · 5~6 · 0mm，经步骤（3)热乳至3 · 0~12mm，优 选为4.0~10_，所述步骤(4)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。
[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：对于薄 板产品，其成品厚度为< 3.0mm，优选为< 2.5mm，经步骤(3)热乳至3.0~10.0mm，优选为4.0 ~6.0mm，所述步骤(4)中可选择性进行退火处理再进行冷乳，冷乳至1.5~5.0mm，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。
[0014] 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。
[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(2)中冷却至温度为480~500°C，可通过随炉冷却等方式实现。
[0016] 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，通过关键均匀化与预热保温一体化工艺的共同应用，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】
[0017] 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。
[0018] 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：
[0019] (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；
[0020] (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，保温过后冷却至470~500°C，优选为480~500 °C，可通过随炉冷却等方式实现，冷却至该温度后，保温1~20h;
[0021] (3)热乳，其过程为:热乳开乳温度为470~490°C，热终乳温度>250°C;
[0022] (4)对热乳后的板材进行退火和/或固溶处理；
[0023] (5)对经步骤(4)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。
[0024] 上述步骤(4)中，对厚板产品，其成品厚度为2 4.0mm，优选2 6.0mm，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(5)进行精整处理，处理后进行自然时效，得到T3态产 品。
[0025] 上述步骤(4)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(3)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(5)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。
[0026] 上述步骤(4)中，对于薄板产品，其成品厚度为< 3.0mm，优选< 2.5mm，可通过步骤 (3)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。
[0027]上述步骤(4)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。
[0028] 比较例1
[0029] 1)以AA2524合金为例，具体成分以质量百分比计为：Cu4.32wt. %，Mgl. 31wt. %， Mn0.58wt. %，Ti0.03wt. %，Fe0.03wt. %，Si0.03wt. %，其余组分为A1 和不可避免的杂质。
[0030] 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，扁锭铣面至约400mm厚，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;之后随炉冷却至425 °C，保温6h;然后取出扁锭直接进行热乳，热乳起始厚度约为400mm，热乳开乳温度约415~ 425°C，热乳至6.0mm，热终乳温度约280~300°C;之后进行冷乳，冷乳至4.0mm;之后进行360 °C/4h的退火处理；紧接着再次进行冷乳，直接乳制至成品厚度2.0mm;之后进行498°C/ 20min盐浴固溶处理;之后进行精整处理，处理后自然时效96h以上，最终得到2.0mm-T3态板 材。
[0031] 比较例2
[0032]以比较例1中热乳至6 · 0mm热乳板为起始状态，之后进行冷乳，冷乳至2 · 0mm;之后 进行360°C/4h的退火处理;紧接着再次进行冷乳，直接乳制至成品厚度1.0mm;之后进行360 °C/4h的固溶前预退火处理;之后进行498°C/16min气垫炉固溶处