[发明专利]一种Al-Cu-Mg系铝合金板材多级蠕变时效成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al-Cu-Mg系铝合金板材多级蠕变时效成形方法，属于有色金属材料加工工程技术领域。

背景技术

Al-Cu-Mg系铝合金属可热处理强化的硬铝合金，具有高强度、低比重、较好的耐热性及疲劳强度等优点，是一种综合性能较好的高强度结构铝合金，被广泛用作航天航空的壁板、蒙皮类结构件材料。整体壁板制造技术是近年来航天航空件的研究热点，整体壁板技术与传统的航空构件制造技术相比，具有疲劳强度极大提高、重量极大减小、密封性极大增强。蠕变时效成形技术属于整体壁板制造技术的一种，可适用于制造变厚度大尺寸大型机翼整体壁板。采用蠕变时效技术成形的整体带筋和变厚度复杂外形结构整体壁板构件，具有残余应力小、尺寸精度高、制造周期短等优点。研究表明，Al-Cu-Mg系铝合金的主要强化相为s相(Al₂CuMg)，采用常规时效处理(人工时效处理)，如T6时效制度，可以获得较高的屈服强度，但是在成形过程中存在残余应力较高、成形周期长等缺点，降低了合金构件的服役寿命。采用单级蠕变时效处理，可以获得较高的强韧性和较小的残余应力，但是合金的耐腐蚀性能偏低。并且单级蠕变时效过程中产生的析出位向效应将导致合金板材各向异性程度增强，增大了构件性能的不均匀性。因此需要一种适合于Al-Cu-Mg系铝合金板材的多级蠕变时效成形方法，以期在壁板整体成形过程中获得良好的形/性协同发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合Al-Cu-Mg系铝合金板材整体成形的多级蠕变时效方法，解决了目前整体壁板成形过程中的形/性协同发展、同时提高力学性能和耐腐蚀性能的瓶颈问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过调控Al-Cu-Mg系铝合金的强化相、晶界无析出带的多级蠕变时效成形方法。该方法的具体步骤为：

步骤1：对2～35mm厚的Al-Cu-Mg系铝合金板材在490～505℃温度条件下进行30～90分钟的固溶处理，然后水淬，其后进行变形率为1～5％的冷轧，最后进行100～200小时的自然时效处理；

步骤2：对经过步骤1处理后的合金板材进行第一级蠕变时效成形，其中第一级蠕变时效温度为140～160℃，外加应力为170～230MPa，成形时间为10～14小时；

步骤3：对经过步骤2处理后的合金板材进行第二级蠕变时效成形，其中第二级蠕变时效温度为160～200℃，外加应力为170～230MPa，成形时间为10～14小时。

本发明在热处理中有以下考虑：通过固溶、淬火和自然时效处理，合金中引入部分位错并均匀化组织；第一级蠕变时效处理中，合金中的析出强化相充分形核，使得合金中具体大量弥散分布的相核，同时通过相核的弥散析出，减小析出相的析出位向；第二级蠕变时效处理中，时效温度和外加载荷的改变，促使合金中析出相内能增大，析出相突破形核壁垒，迅速长大；同时外加热力场的改变导致合金中位错移动速度增大，促使合金中的析出相呈细小均匀分布的特征，而晶界析出相表征为不连续分布状态。这种热处理方式有效地调控了合金中析出相的析出行为，提高了合金的力学性能和耐腐蚀性能。

本发明采用以上方案，具有以下优点：该发明对Al-Cu-Mg系铝合金板材进行了多级蠕变时效处理，在第一级蠕变时效处理过程中，合金中的析出相充分形核；在第二级蠕变时效过程中，通过外加热力场的改变调控析出相的析出行为，提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。该方法操作简单，效果显著，相比单级蠕变时效和人工时效，有利于同时提高Al-Cu-Mg系铝合金板材的力学性能和耐腐蚀性能，节约原材料，减少生产周期。

本发明所指Al-Cu-Mg系铝合金板材的硬度是在TMVS-1维氏硬度计上采用2.94KN的力保载15s测试的。动电位循环极化腐蚀试验和电化学阻抗实验是在CHI660C电化学工作站上进行。

附图说明

图1本发明方法处理样品的流程图

图2Al-Cu-Mg系铝合金的TEM明场像照片：(a)、(b)为未经本发明方法处理的晶内和晶界析出相图；(c)、(d)为经过本发明方法处理的晶内和晶界析出相图

图3Al-Cu-Mg系铝合金的电化学腐蚀形貌SEM图：(a)、(b)为未经本发明处理的腐蚀形貌图；(c)、(d)为经过本发明处理腐蚀形貌图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。