一種Al-Cu-Mg系鋁合金板材多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種Al-Cu-Mg系鋁合金板材多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法，其方法的步驟包括：(1)將2～35mm厚的Al-Cu-Mg系鋁合金板材在490～505℃固溶處理30～90分鐘后水淬，然后進(jìn)行1～5％的冷軋，再進(jìn)行100～200小時(shí)自然時(shí)效處理；(2)進(jìn)行第一級(jí)蠕變時(shí)效成形，蠕變時(shí)效溫度為140～160℃，外加應(yīng)力為170～230MPa，時(shí)間為10～14小時(shí)；(3)進(jìn)行第二級(jí)蠕變時(shí)效成形，蠕變時(shí)效溫度為160～200℃，外加應(yīng)力為170～230MPa，時(shí)間為10～14小時(shí)；(4)從模具中卸載板材。利用本發(fā)明方法處理Al-Cu-Mg系鋁合金板材，可以有效提高鋁合金板材的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。
【專利說(shuō)明】—種Al-Cu-Mg系鋁合金板材多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Al-Cu-Mg系鋁合金板材多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法，屬于有色金屬材料加工工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Cu-Mg系鋁合金屬可熱處理強(qiáng)化的硬鋁合金，具有高強(qiáng)度、低比重、較好的耐熱性及疲勞強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能較好的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋁合金，被廣泛用作航天航空的壁板、蒙皮類結(jié)構(gòu)件材料。整體壁板制造技術(shù)是近年來(lái)航天航空件的研究熱點(diǎn)，整體壁板技術(shù)與傳統(tǒng)的航空構(gòu)件制造技術(shù)相比，具有疲勞強(qiáng)度極大提高、重量極大減小、密封性極大增強(qiáng)。蠕變時(shí)效成形技術(shù)屬于整體壁板制造技術(shù)的一種，可適用于制造變厚度大尺寸大型機(jī)翼整體壁板。采用蠕變時(shí)效技術(shù)成形的整體帶筋和變厚度復(fù)雜外形結(jié)構(gòu)整體壁板構(gòu)件，具有殘余應(yīng)力小、尺寸精度高、制造周期短等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，Al-Cu-Mg系鋁合金的主要強(qiáng)化相為s相(Al2CuMg)，采用常規(guī)時(shí)效處理(人工時(shí)效處理)，如T6時(shí)效制度，可以獲得較高的屈服強(qiáng)度，但是在成形過(guò)程中存在殘余應(yīng)力較高、成形周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，降低了合金構(gòu)件的服役壽命。采用單級(jí)蠕變時(shí)效處理，可以獲得較高的強(qiáng)韌性和較小的殘余應(yīng)力，但是合金的耐腐蝕性能偏低。并且單級(jí)蠕變時(shí)效過(guò)程中產(chǎn)生的析出位向效應(yīng)將導(dǎo)致合金板材各向異性程度增強(qiáng)，增大了構(gòu)件性能的不均勻性。因此需要一種適合于Al-Cu-Mg系鋁合金板材的多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法，以期在壁板整體成形過(guò)程中獲得良好的形/性協(xié)同發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種適合Al-Cu-Mg系鋁合金板材整體成形的多級(jí)蠕變時(shí)效方法，解決了目前整體壁板成形過(guò)程中的形/性協(xié)同發(fā)展、同時(shí)提高力學(xué)性能和耐腐蝕性能的瓶頸問(wèn)題。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種通過(guò)調(diào)控Al-Cu-Mg系鋁合金的強(qiáng)化相、晶界無(wú)析出帶的多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法。該方法的具體步驟為:
[0005]步驟1:對(duì)2~35mm厚的Al-Cu-Mg系鋁合金板材在490~505°C溫度條件下進(jìn)行30~90分鐘的固溶處理,然后水淬,其后進(jìn)行變形率為I~5%的冷軋,最后進(jìn)行100~200小時(shí)的自然時(shí)效處理；
[0006]步驟2:對(duì)經(jīng)過(guò)步驟I處理后的合金板材進(jìn)行第一級(jí)蠕變時(shí)效成形，其中第一級(jí)蠕變時(shí)效溫度為140~160°C，外加應(yīng)力為170~230MPa，成形時(shí)間為10~14小時(shí)；
[0007]步驟3:對(duì)經(jīng)過(guò)步驟2處理后的合金板材進(jìn)行第二級(jí)蠕變時(shí)效成形，其中第二級(jí)蠕變時(shí)效溫度為160~200°C，外加應(yīng)力為170~230MPa，成形時(shí)間為10~14小時(shí)。
[0008] 本發(fā)明在熱處理中有以下考慮:通過(guò)固溶、淬火和自然時(shí)效處理，合金中引入部分位錯(cuò)并均勻化組織；第一級(jí)蠕變時(shí)效處理中，合金中的析出強(qiáng)化相充分形核，使得合金中具體大量彌散分布的相核，同時(shí)通過(guò)相核的彌散析出，減小析出相的析出位向；第二級(jí)蠕變時(shí)效處理中，時(shí)效溫度和外加載荷的改變，促使合金中析出相內(nèi)能增大，析出相突破形核壁壘，迅速長(zhǎng)大；同時(shí)外加熱力場(chǎng)的改變導(dǎo)致合金中位錯(cuò)移動(dòng)速度增大，促使合金中的析出相呈細(xì)小均勻分布的特征，而晶界析出相表征為不連續(xù)分布狀態(tài)。這種熱處理方式有效地調(diào)控了合金中析出相的析出行為，提高了合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。
[0009]本發(fā)明采用以上方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):該發(fā)明對(duì)Al-Cu-Mg系鋁合金板材進(jìn)行了多級(jí)蠕變時(shí)效處理，在第一級(jí)蠕變時(shí)效處理過(guò)程中，合金中的析出相充分形核；在第二級(jí)蠕變時(shí)效過(guò)程中，通過(guò)外加熱力場(chǎng)的改變調(diào)控析出相的析出行為，提高合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。該方法操作簡(jiǎn)單，效果顯著，相比單級(jí)蠕變時(shí)效和人工時(shí)效，有利于同時(shí)提高Al-Cu-Mg系鋁合金板材的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，節(jié)約原材料，減少生產(chǎn)周期。
[0010]本發(fā)明所指Al-Cu-Mg系鋁合金板材的硬度是在TMVS-1維氏硬度計(jì)上采用2.94KN的力保載15s測(cè)試的。動(dòng)電位循環(huán)極化腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)是在CHI660C電化學(xué)工作站上進(jìn)行。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1本發(fā)明方法處理樣品的流程圖
[0012]圖2A1-Cu-Mg系鋁合金的TEM明場(chǎng)像照片:(a)、(b)為未經(jīng)本發(fā)明方法處理的晶內(nèi)和晶界析出相圖；(C)、(d)為經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理的晶內(nèi)和晶界析出相圖
[0013]圖3A1-Cu-Mg系鋁合金的電化學(xué)腐蝕形貌SEM圖:(a)、(b)為未經(jīng)本發(fā)明處理的腐蝕形貌圖；(c)、(d)為經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理腐蝕形貌圖
【具體實(shí)施方式】 [0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]本發(fā)明是一種Al-Cu-Mg系鋁合金板材多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法，以表1所示合金成分的Al-Cu-Mg系鋁合金為例，詳細(xì)介紹本發(fā)明涉及的多級(jí)蠕變時(shí)效成形方法。各實(shí)例中硬度測(cè)試采用GB/T4340.4-2009進(jìn)行試驗(yàn)材料的維氏硬度測(cè)定。本發(fā)明電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試采用GB/T24196-2009進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線的測(cè)量。
[0016]表1本發(fā)明實(shí)例中所用材料的合金成分
【權(quán)利要求】
1.一種Al-Cu-Mg系招合金板材多級(jí)螺變時(shí)效成形方法,其特征在于:利用Al-Cu-Mg系鋁合金的蠕變時(shí)效特性實(shí)現(xiàn)板材的成形，并獲得理想的綜合性能，該方法包括以下步驟: 步驟1:對(duì)Al-Cu-Mg系鋁合金板材進(jìn)行固溶處理，然后水淬，其后進(jìn)行冷軋，最后進(jìn)行自然時(shí)效處理； 步驟2:對(duì)經(jīng)過(guò)步驟I處理后的合金板材進(jìn)行第一級(jí)蠕變時(shí)效成形； 步驟3:對(duì)經(jīng)過(guò)步驟2處理后的合金板材進(jìn)行第二級(jí)蠕變時(shí)效成形； 步驟4:從模具中卸載板材。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I中所述的Al-Cu-Mg系鋁合金板材厚度為2~35mm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I中所述的固溶處理溫度為490~505 °C，固溶處理時(shí)間為30~90分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I中所述的冷軋變形率為I~5%，自然時(shí)效處理時(shí)間為100~200小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟2中所述的蠕變時(shí)效溫度為140~160°C，外加應(yīng)力為170~230MPa，成形時(shí)間為10~14小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟3中所述的蠕變時(shí)效溫度為160~200°C，外加應(yīng)力為170~230MPa，成形時(shí)間為10~14小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK103924173SQ201410199270
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】藺永誠(chéng), 劉冠, 姜玉強(qiáng), 李佳 申請(qǐng)人:中南大學(xué)