[发明专利]一种细晶立方织构抗腐蚀疲劳铝合金板材的加工方法

说明书

本发明涉及一种航空用的蒙皮材料，具体是指一种制备耐腐蚀疲劳损伤铝合金板材的加工方法，属于有色金属技术领域。所述加工方法为：将铝合金热轧材先进行第一次固溶处理，然后进行道次变形量≤1.0mm的多道次冷轧至铝合金板材的设计厚度后，再进行第二次固溶处理；所述多道次冷轧过程中，每道次冷轧后立即进行深冷处理所述深冷处理的温度≤‑100℃。本发明织构设计合理，制备工艺简单可控，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种航空用的蒙皮材料，具体是指一种制备耐腐蚀疲劳损伤铝合金板材的加工方法，属于有色金属技术领域。

背景技术

铝合金材料使用范围广,在工业上可以应用于航空、航天、建筑、运输等各个领域，而铝合金构件的腐蚀疲劳损伤是影响航空安全的重要因素。

受到起降以及阵风等因素的影响，飞机在服役过程中经常会承受周期性的载荷。同时，受到各地环境气候的影响，飞机在服役过程中还会受到海洋盐雾、工业污染造成的酸雨等腐蚀环境的影响。这种长期的周期性加载与腐蚀环境的共同作用容易引起飞机结构件发生腐蚀疲劳损伤。大量事实表明，铝合金构件的腐蚀疲劳断裂是造成空难事故的主要原因之一。

由于冶金缺陷以及构件连接等问题，机身蒙皮等大尺寸构件中可能存在一定微裂纹。在加载过程中，应力集中会导致这些微裂纹逐步发生扩展，并且加腐蚀环境会明显加速疲劳裂纹的扩展。因此，腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率是一直飞机蒙皮材料的一项关键性能指标。

2E12-T3铝合金是中国研究人员在美国2524-T3铝合金基础上通过成分优化和工艺改进研发出来一种抗疲劳铝合金，是国产大飞机蒙皮的首选材料。然而，目前2E12-T3铝合金的抗疲劳性能并未达到飞机服役的性能要求。国产2E12-T3铝合金的生产工艺是：将均匀化处理后的铝合金铸锭于440℃温度下热轧后空冷至室温；随后，室温下进行道次压下量为2-4mm的多道次冷轧，直至满足铝合金板材的厚度设计要求；最后，将冷轧板在500℃保温1h固溶水淬，得到T3板材。

上述工艺得到的2E12-T3铝合金薄板，在L和LT方向的屈服强度为303.4MPa、293.6MPa，抗拉强度为367.2MPa、358.5MPa，延伸率为22.1％和21.6％。其在3.5％NaCl盐雾环境、应力比R＝0.1、加载频率f＝10Hz的条件下，当ΔK＝10MPa*m^1/2时，裂纹扩展速率为1.25×10^-4mm/周次；当ΔK＝30MPa*m^1/2时，裂纹扩展速率为9.11×10^-3mm/周次；在pH＝4.0酸雾环境(通过加H₂SO₄实现)、应力比R＝0.1、加载频率f＝10Hz的条件下，当ΔK＝10MPa*m^1/2时，裂纹扩展速率为1.36×10^-4mm/周次；当ΔK＝30MPa*m^1/2时，裂纹扩展速率为8.13×10^-3mm/周次；作为飞机蒙皮的材料，不能满足飞机服役的性能要求。

因此，对2E12-T3铝合金薄板的加工工艺进行改进，使其裂纹扩展速率满足材料的服役性能要求，成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

众所周知，金属的腐蚀疲劳是一个极为复杂的过程。在这一过程中，金属构件既受到腐蚀介质的侵蚀作用，又受到反复加载的周期性应力作用。在腐蚀和应力的耦合作用下，金属局部区域受到应力集中的影响以及腐蚀介质的侵蚀形成裂纹源，随后在应力和腐蚀共同作用下，裂纹逐步扩展并最终导致试件的断裂。因此，为使合金具备优良的疲劳性能，不但要求其具有较高的力学性能(即较高的强度和较好的塑性)，同时又要求其具有很好的耐蚀性。