一種黃銅織構(gòu)抗疲勞鋁合金板材的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種航空用的蒙皮材料，具體是指一種制備耐疲勞損傷侶合金板材的 加工方法，屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 侶合金材料使用范圍廣，在工業(yè)上可W應(yīng)用于航空、航天、建筑、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域， 侶合金構(gòu)件疲勞損傷是影響航空安全的重要因素。
[0003] 金屬的疲勞是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。在反復(fù)的加載過(guò)程中，由于應(yīng)力的作用，金屬局 部區(qū)域發(fā)生塑性變形，當(dāng)變形累積到極限程度則會(huì)發(fā)生破損并最終導(dǎo)致試件斷裂。因此，為 使合金具備優(yōu)良的疲勞性能，不但要求其具有較高的強(qiáng)度(抵抗外力作用不發(fā)生變形的能 力），又要保持良好的延伸率(累積變形不發(fā)生破壞的能力）。
[0004] 2E12侶合金是在美國(guó)2524侶合金基礎(chǔ)上通過(guò)成分優(yōu)化出來(lái)一種新型抗疲勞侶合 金。一般來(lái)說(shuō)，人工時(shí)效處理雖然會(huì)明顯提高沈12合金的強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致沈12合金塑 性顯著降低，并對(duì)合金的斷裂初性、疲勞性能產(chǎn)生不利影響。因此，飛機(jī)的蒙皮材料2E12侶 合金通常只采用T3態(tài)（即自然時(shí)效態(tài)）而不采用人工時(shí)效態(tài)(T6態(tài)K2E12-T3合金是國(guó)產(chǎn)大 飛機(jī)蒙皮的首選材料。然而，目前沈12-T3侶合金的抗疲勞性能并未達(dá)到飛機(jī)服役的性能要 求。國(guó)產(chǎn)2E12-T3侶合金的生產(chǎn)工藝是:將均勻化處理后的侶合金鑄錠于440°C溫度下熱社 后空冷至室溫；隨后，室溫下進(jìn)行道次壓下量為2-4mm的多道次冷社，直至滿足侶合金板材 的厚度設(shè)計(jì)要求;最后，將冷社板在500°C保溫化固溶水澤，得到T3板材。
[000引上述工藝得到的2E12-T3侶合金薄板，在L和LT方向的屈服強(qiáng)度為303.4Mpa、 293.6Mpa，抗拉強(qiáng)度為367.2Mpa、358.5Mpa，延伸率為22.1 %和21.6%。其在應(yīng)力比R = 0.1、 加載頻率f = 10化的條件下，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍Δ Κ= 10Mpa*mi/2時(shí)，裂紋擴(kuò)展速率為4.25 X l0-5mm/周次；當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍Δ Κ = 30Mpa*mi/咐，裂紋擴(kuò)展速率為3.89 X l0-3mm/周 次;此外，合金在該應(yīng)力作用下循環(huán)加載107周次的疲勞極限為158Mpa;作為飛機(jī)蒙皮的材 料，不能滿足飛機(jī)服役的性能要求。
[0006] 因此，對(duì)沈12-T3侶合金薄板的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，在保證2E12-T3侶合金薄板屈 服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及延伸率的前提下，提高沈12-T3侶合金薄板的疲勞極限并降低合金的裂 紋擴(kuò)展速率，成為本領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材 的加工方法。
[0008] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)均勻化處理后熱社的侶合金進(jìn)行多道次溫社，直至滿足侶合金板材 的厚度設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行退火處理和固溶處理，隨后進(jìn)行短時(shí)欠時(shí)效的加工工藝，獲得了強(qiáng) 度、延伸率、抗疲勞性能優(yōu)良的侶合金薄板。
[0009] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，是將侶合金熱社材進(jìn)行多道 次溫社至侶合金板材的設(shè)計(jì)厚度后，進(jìn)行退火處理和固溶處理后，進(jìn)行短時(shí)人工時(shí)效。
[0010] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，所述多道次溫社的工藝參數(shù) 為:開(kāi)社溫度170-200°(3，終社溫度140-160°(3，道次變形量0.8~1.4111111。
[0011] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，退火處理溫度為360~400 °C，退火保溫時(shí)間為0.5~1.化。
[0012] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，固溶溫度為498~505°C，時(shí) 間為0.5~l.Oh。
[0013] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，人工時(shí)效溫度為175~190 °(3，時(shí)間為0.5~2.化。
[0014] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，所述侶合金熱社材是將均勻 化處理后的侶合金鑄錠進(jìn)行熱社得到。
[0015] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，侶合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理 工藝參數(shù)為:保溫溫度485~495°C，保溫時(shí)間18~4她后空冷。
[0016] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，侶合金鑄錠均勻化處理后進(jìn) 行的熱社工藝參數(shù)為:社制溫度420~460°C，社制時(shí)累積總變形量為18~40mm。
[0017] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，溫社時(shí)，優(yōu)選的工藝參數(shù)是： 開(kāi)社溫度175-195°C，終社溫度145-155°C;更優(yōu)選為:開(kāi)社溫度180-190°C，終社溫度145-150°C;溫社時(shí)，道次變形量為0.8~1.4mm，優(yōu)選為0.9-1.3mm;更優(yōu)選為1.0-1.2mm;
[0018] 道次變形量如果小于0.8mm，溫社后的板材容易發(fā)生翅曲，板形不好。道次變形量 如果大于1.4mm，合金經(jīng)過(guò)多次變形后累積的變形儲(chǔ)能過(guò)大，可能在隨后的退火過(guò)程中發(fā)生 明顯再結(jié)晶，不利于產(chǎn)生強(qiáng)的黃銅織構(gòu)。
[0019] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，制備得到的侶合金基體中， 黃銅織構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)為37.5-40.4%。
[0020] 本發(fā)明一種黃銅織構(gòu)抗疲勞侶合金板材的加工方法，制備得到的侶合金，在應(yīng)力 比R = 0.1、加載頻率f =10化的條件下，合金循環(huán)加載107周次的疲勞極限達(dá)到178Mpa;當(dāng)應(yīng) 力強(qiáng)度因子范圍AK=10Mpa*mi/咐，裂紋擴(kuò)展速率為2.45Xl〇- 5mm/周次；當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子 范圍Δ K = 30Mpa*mi/2時(shí)，裂紋擴(kuò)展速率為1.23 X l〇-3mm/周次。
[0021] 眾所周知，合金的疲勞過(guò)程大致包括裂紋源的形核、疲勞裂紋的擴(kuò)展W及最終斷 裂Ξ個(gè)階段，其中裂紋源的形核占整個(gè)疲勞加載的絕大部分周次。換言之，合金的疲勞壽命 主要取決于裂紋源的形核階段。
[0022] 在疲勞過(guò)程中，受到應(yīng)力集中的影響，合金局部區(qū)域優(yōu)先發(fā)生塑性變形。在反復(fù)加 載過(guò)程中，合金的塑性變形不斷累積。當(dāng)運(yùn)種變形達(dá)到某一程度，合金局部區(qū)域發(fā)生破損就 會(huì)形成裂紋源。因此，裂紋源的形成與合金的兩個(gè)性能有很大關(guān)系，即合金抵抗應(yīng)力集中而 不發(fā)生塑性變形的能力W及合金承受塑性變形而不發(fā)生破損的能力。在運(yùn)兩個(gè)能力中，前 者主要取決于合金的強(qiáng)度，而后者主要體現(xiàn)在合金的延伸率上。
[0023] 黃銅（{011K211〉）織構(gòu)在侶合金中屬于典型的形變織構(gòu)。在冷社制過(guò)程中，隨著 壓下量的增加，侶合金中的晶粒逐步沿一定方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，形成某些特定的形變織構(gòu)(例如 黃銅織構(gòu)）。由于合金中的形變織構(gòu)都屬于硬取向（即在社制方向上的強(qiáng)度較高），因此隨著 形變織構(gòu)的增加，合金的強(qiáng)度也明顯增加。
[0024] 雖然在冷社過(guò)程中，隨著壓下量的增加，合金的強(qiáng)度顯著提升。但是，冷社變形也 會(huì)在合金中引入位錯(cuò)等大量晶體缺陷，運(yùn)會(huì)顯著降低合金的延伸率，從而導(dǎo)致其疲勞性能 明顯下降。為此，工業(yè)上對(duì)于抗疲勞性能要求較高的合金，通常不采用冷社態(tài)，而是采用T3 熱處理態(tài)（即在冷社后利用固溶處理消除合金中的大量缺陷，然后再進(jìn)行矯直處理）。通常 情況下，冷社態(tài)的合金在固溶處理過(guò)程中通常會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，合金的延伸率可W得到大幅 提升，但是大量再結(jié)晶的產(chǎn)生使得原來(lái)的變形織構(gòu)消失，從而無(wú)法獲得強(qiáng)形變織構(gòu)帶來(lái)的 高強(qiáng)度。本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)采取溫社工藝并采用較小的道次變形量，然后利用退火 處理釋放變形儲(chǔ)能，使得合金不發(fā)生再結(jié)晶，晶粒在變形過(guò)程中逐漸轉(zhuǎn)向較硬的黃銅取向， 此外，利用短時(shí)人工時(shí)效使合金形成細(xì)小彌散且與基體共格的析出相，在確保合金塑性不 顯著降低的前提下，大幅度提高合金的強(qiáng)度，從而提高合金的疲勞壽命并降低裂紋擴(kuò)展速 率。
[0025] 本發(fā)明采用多道次溫社+退火的處理工藝，一方面，溫社時(shí)，可W有效細(xì)化合金的 晶粒，另一方面，通過(guò)控制退火溫度及保溫時(shí)間，確保過(guò)程中合金的晶粒不會(huì)發(fā)生長(zhǎng)大。此 夕h通過(guò)溫社，能夠有效促進(jìn)合金的回復(fù)過(guò)程，降低合金的變形儲(chǔ)能，使合金不容易發(fā)生再 結(jié)晶并保留合金的變形織構(gòu)。在溫社完成后，僅需要采用一級(jí)退火處理就能完全釋放合金 的變形儲(chǔ)能，充分抑制合金在隨后的固溶處理中的再結(jié)晶行為，從而獲得較