[发明专利]一种用于Al-Cu-Mg系合金板材的蠕变时效成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善蠕变成形铝合金板材性能及各向异性程度的热处理方法，适用于航空航天用Al-Cu-Mg系合金板材构件的蠕变成形，有色金属材料加工工程技术领域。

背景技术

Al-Cu-Mg系合金属时效强化铝合金，具有强度高，断裂韧性好，耐热性，耐蚀性，抗疲劳裂纹扩展性强等诸多优点，广泛用作航空航天的壁板、蒙皮类构件材料。研究表明，Al-Cu-Mg系合金的主要强化相Al₂CuMg、Al₂Cu在常规蠕变时效过程中，析出行为会受到外加应力作用方向的影响，导致S′、θ′相在拉应力作用的<100>_Al方向上，平行于应力方向择优析出，压应力作用下垂直于应力方向择优析出，即出现所谓析出位向效应，该现象致使合金板材各向异性程度增加，引起构件性能的不均匀性。各向异性程度较为严重的Al-Cu-Mg系合金构件难以满足航空航天等高端装备的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的Al-Cu-Mg系合金蠕变时效成形方法，该方法的目的在于：通过调控Al-Cu-Mg系合金的主要强化相S′、θ′在蠕变时效过程中析出，减弱析出相的位向效应，有效地降低蠕变成形后合金板材的各向异性程度，提高Al-Cu-Mg系合金的力学性能。

本发明的目的通过以下方法实现。

一种Al-Cu-Mg系合金板材的蠕变时效成形方法，Al-Cu-Mg系合金板材热处理时，固溶后水淬，淬火后板材进行2-10%的预变形处理，然后蠕变；预变形处理时间控制在4h以内，这是为了尽可能的减少板材淬火后自然时效对合金组织性能的影响。

要求预变形处理时间越短越好。

所述的方法，所述的预变形处理为预拉伸或者预压缩。

所述的方法，固溶、水淬的方式包括：采用490~505℃固溶50min~70min后水淬，或者采用490~505℃盐浴炉固溶40min~60min后水淬，或者采用490~505℃固溶50min~70min后辊体炉喷淋水淬。

所述的方法，蠕变时效温度选取150℃~200℃，蠕变时间为2~12h，蠕变应力为150MPa~300MPa。

所述的方法，Al-Cu-Mg系合金板材厚度为2mm~80mm。

本发明在热处理中有以下考虑：通过合金固溶-淬火后和蠕变时效前的预处理，在合金中引入大量的位错及位错组态，使主要强化相S′、θ′在位错结构中优先形核机制得以启动，致使合金在蠕变初期就已经在不同的析出面上优先形核，从而也就抑制了主要强化相S′、θ′的析出位相效应。由于主要强化相择优析出得到消除，使各个方向的力学性能差异减小，降低了板材的各向异性程度，并且提高了合金板材的力学性能。

本发明优点在于Al-Cu-Mg系合金板材固溶-淬火后，对其进行少量的预变形，调控析出相析出行为，提高合金的力学性能，降低板材的各向异性程度。该工艺方法操作简便，效果显著，相比运用添加贵金属元素如Ag、Sc等元素改善合金微观组织成分及机械性能，节约成本，易于在工业生产中实现。

采用本发明处理Al-Cu-Mg合金，与常规热处理相比，室温拉伸强度至少提高10%，各向异性至少降低10%。

本发明适用于2x24铝合金，2x22等常规Al-Cu-Mg合金。其中Cu含量1.0-6.5%，Mg含量0.5-3.5%，微量元素总量不超过1.0%，杂质元素综合不超过1.0%，余量为Al，例如2024、2124、2022等Al-Cu-Mg系列合金。

本发明所指铝合金可采用不同的方法制备所需材料和（或）部件。蠕变时效采用中国专利2011110209737.0：一种金属蠕变成形模具，在此模具上进行实验。室温拉伸实验按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，拉伸实验在CSS-44100万能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度为2mm/min。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明处理样品流程图；

图2为经本发明处理后后样品光学金相照片，其中a为板材厚向，b为板材轧向；

图3为不同处理后合金<100>晶带轴TEM明场像及电子衍射花样照片，其中a为未经本发明处理，b为经本发明处理；

图4为不同处理后合金<112>晶带轴TEM明场像照片，其中a未经本发明处理，b为经本发明处理对比可以明显看出强化相S′析出位相不同；