提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，属于有色 金属材料工程领域。
【背景技术】
[0002] 随着航空工业的发展，对材料提出了更高的要求，作为飞机蒙皮的侣合金板材不 仅要满足强度要求，而且要求具有安全性、可靠性及寿命长等特征。运就要求飞机用侣合金 蒙皮材料在满足强度的同时，兼顾高断裂初性和抗疲劳损伤的性能要求。
[0003] 1995年美国侣业公司研制出用于飞机蒙皮的2524侣合金，并在AMS 4296航空标准 中规定：对于厚度57mm的2524-T3板材，其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别不低于 276MPa、421Mpa和15%;对于厚度<1.57mm的2524-T3板材，其屈服强度、抗拉强度和延伸率 分别不低于2691化、407]\^)日和15%。当1? = 0.1，加载频率'=2~10监，AK = 33MPa^^m时， 2524-T3侣合金板材在实际应用中最高所允许的疲劳裂纹扩展速率da/dN= 3.05 XlO-3Him/ cycle。
[0004] 近年来，国内外关于板材疲劳裂纹扩展速率影响因素的研究及提高板材疲劳裂纹 扩展速率的方法，主要集中在优化合金成分和控制板材第二相上。例如专利US7323068B2， 主要通过限制2024侣合金中的Fe、Si杂质元素含量，添加化并减少Mn含量来提高合金的综 合性能，合金成分为：加3.8-4.7%，]?邑1.0-1.6%，2'0.06-0.18%，打<0.15%，]\111〉0-0.50% ,Fe <0.15% ,Si <0.15%。专利US5213639A，通过控制主合金元素的含量提高合金 的断裂初性和抗裂纹扩展性能，合金成分为:Cu4-4.5% ,Mgl. 2-1.5% ,MnO. 4-0.6% ,Fe < 0.12%，51^0.1%。文献《2024-13和2524-13侣合金疲劳裂纹的萌生机制》研究表明：2524 侣合金大多数的裂纹都在第二相粒子处萌生，且多在第二相粒子的带状分布区、粗大第二 相粒子或热社中破裂的第二相粒子处开裂。而关于晶粒形貌和尺寸对板材疲劳裂纹扩展速 率的影响研究及调控板材晶粒形貌和尺寸方法的报道较少。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，通过 增加回复预退火处理，来控制板材kST截面晶粒平均等效直径和晶粒长宽比在所需范围 内，使板材的拉伸力学性能和疲劳裂纹扩展速率均满足AMS 4296航空标准。
[0006] 本发明的技术方案是:一种提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工 艺，包括W下步骤：
[0007] (1)按照2X X X系侣合金成分及其含量范围进行配料烙炼，铸造得到所需铸锭； [000引（2)将铸锭依次进行均匀化处理、锐面和包侣，之后再进行预热和热粗社，制成热 粗社板；
[0009] (3)将热粗社板热精社、冷社变形至成品板材厚度；
[0010] (4)将社至成品板材厚度的板材进行回复预退火处理，回复预退火的溫度为250~ 320°C，保溫时间为2~20h;
[0011] (5)将经回复预退火处理的板材进行固溶泽火处理，固溶溫度为480~505°C，保溫 时间为3~60min;
[0012] (6)将固溶泽火后的板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。
[0013] 进一步地，上述提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所 述步骤(3)中对于厚板产品，其成品板材厚度含4.0mm，优选为含5.0mm，通过热精社至成品 板材厚度;对于中厚板产品，其成品板材厚度为2.0~6. Omm，优选为2.5~5. Omm，通过热精 社后经冷终社变形至成品板材厚度；对于薄板产品，其成品板材厚度<2.5mm，优选为< 2. Omm，通过热精社后经冷社、中间退火和冷终社变形至成品板材厚度。
[0014] 进一步地，上述提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：所 述步骤(3)中，对于中厚板和薄板产品，冷终社压下率优选40~75%。
[0015] 进一步地，上述提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中：对 于薄板产品，冷社中间退火溫度为250~450°C，优选300~400°C，保溫2~20h。
[0016] 更进一步地，上述提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中： 对于薄板产品，冷社和中间退火工序可选择地重复多次。
[0017] 更进一步地，上述提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中： 所述步骤(1)中的合金材料成分为包括AA2024、AA2524在内的2X X X系侣合金。
[0018] 更进一步地，上述提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其中： 所述步骤(4)中回复预退火溫度优选270~300°C，保溫时间优选4~化。
[0019] 本发明的实质性特点和显著的技术进步体现在:通过增加回复预退火工艺，可使 板材kST截面晶粒平均等效直径控制在30~150皿之间，晶粒长宽比控制在2.5~7.0之间； 当1? = 0.1，加载频率f = 2~10监，A K = 33MPa^Ti^4，板材疲劳裂纹扩展速率da/dN。. 05 X l(T3mm/cycle，疲劳裂纹扩展速率和拉伸力学性能均满足AMS 4296航空标准要求;此外，本 发明应用广泛，不仅适用包括AA2024、AA2524在内的飞机蒙皮用2X X X系侣合金板材，其 它需要改善抗疲劳损伤性能的侣合金板材也可采用该方法制备得到。
【附图说明】
[0020] 图1为制备2X X X-T3侣合金厚板的工艺流程；
[0021] 图2为制备2X X X-T3侣合金中厚板的工艺流程；
[0022] 图3为制备2X X X-T3侣合金薄板的工艺流程。
[0023] 图4为实施例1的2524-T3厚板kST截面D/4位置的金相显微组织。
[0024] 图5为实施例2和比较例1的2524-T3中厚板kST截面的金相显微组织。
[00巧]图6为实施例4和比较例3的2524-T3薄板kST截面的金相显微组织。
【具体实施方式】
[0026] W下结合附图表、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， W使本发明技术方案更易于理解和掌握。
[0027] 本发明所提出的一种提高2X X X系侣合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，其 特征在于包括W下步骤：
[00%] (I)按照2X X X系侣合金成分及其含量范围进行配料烙炼，铸造得到所需铸锭， 合金材料成分为包括AA2024、AA2524在内的2X X X系侣合金；
[0029] (2)将铸锭依次进行均匀化处理、锐面和包侣，之后再进行预热和热粗社，制成热 粗社板；
[0030] (3)将热粗社板热精社、冷社变形至成品板材厚度;对于厚板产品，其成品板材厚 度>4.0mm，优选为含5.0mm，通过热精社至成品板材厚度;对于中厚板产品，其成品板材厚 度为2.0~6.Ornm,优选为2.5~5.Ornm,通过热精社后经冷终社变形至成品板材厚度;对于薄 板产品，其成品板材厚度<2.5mm，优选为含2. Ornm,通过热精社后经冷社、中间退火和冷终社 变形至成品板材厚度。
[0031] (4)将社至成品板材厚度的板材进行回复预退火处理，回复预退火的溫度为250~ 320°C，保溫时间为2~20h;
[0032] (5)将经回复预退火处理的板材进行固溶泽火处理，固溶溫度为480~505°C，保溫 时间为3~60min;
[0033] (6)将固溶泽火后的板材进行矫直，并自然时效至稳定状态。
[0034] 上述步骤(3)中，对于中厚板和薄板产品，冷终社压下率优选40~75%。对于薄板 产品，冷社中间退火溫度为250~450°C，优选300~400°C，保溫2~20h。且，对于薄板产品， 冷社和中间退火工序可选择地重复多次。所述步骤(4)中回复预退火溫度优选270~300°C， 保溫时间优选4~化。
[0035] 实施例1
[0036] 按4.32wt. %加、1.35wt. %Mg、0.61wt. %Mn、0.08wt. %Fe、0.06wt. %Si、 0.03wt. %Ti的元素配比烙铸400 X 1620 X 2500mm规格2524侣合金铸锭。将合金铸锭依次进 行498°C/3化均匀化处理、锐面、包侣、480°C/甜预热，之后于480°C热粗社，紧接着热精社至 6.0mm。将热精社板于290°C保溫4h，之后经496 °C/50min固溶泽火、矫直处理和自然时效96h W上，工艺流程如图1所示。测试最终成品板材的拉伸力学性能，并按GB/T 6398-2000和AMS 4296标准测试板材的疲劳裂纹扩展速率。
[0037] 实施例2
[0038] 按4.32wt. %加、1.35wt. %Mg、0.61wt. %Mn、0.08wt. %Fe、0.06wt. %Si、 0.03wt. %Ti的元素配比烙铸400 X 1620 X 2500mm规格2524侣合金铸锭。将铸锭依次进行 498°C/3化均匀化处理、锐面、包侣、480°C/她预热，之后在480°C热粗社，紧接着热精社至 6.0mm。将热精社板按58 %压下率冷终社变形至2.5mm，将冷终社板于270°C保溫化，之后经 496°C/25min固溶泽火，又经矫直处理后自然时效9加 W上，工艺流程如图2所示。测试最终 成品板材的力学性能，并按GB/T 6398-2000和AMS 4296标准测试板材的疲劳裂纹扩展速 率。
[0039] 实施例3
[0040] 按4.32wt. %加、1.35wt. %Mg、0.61wt. %Mn、0.08wt. %Fe、0.06wt. %Si、 0.03wt. %Ti的元素配比烙铸400 X 1620 X 2500mm规格2524侣合金铸锭。将铸锭依次进行 498°C/3化均匀化处理、锐面、包侣、480°C/她预热，之后在480°C热粗社，紧接着热精社至 6.0mm。将热精社板按58 %压下率冷终社变形至2.5mm，将冷终社板于290°C保溫地，之后经 496°C/25min固溶泽火，又经矫直处理后自然时效9加 W上，工艺流程如图2所示。测试最终 成品板材的力学性能，并按GB/T 6398-2000和AMS 4296标准测试板材的疲劳裂纹扩展速 率。
[0041 ] 实施例4