[发明专利]制造具有改善的耐疲劳失效性的2xxx系列铝合金板材产品的方法

说明书

一种制造具有改善的耐疲劳失效性和减少的缺陷数量的AA2xxx系列铝合金板材产品的方法，所述方法包括以下步骤：(a)铸造所述2xxx系列的铝合金的锭，所述铝合金包含(以重量％计)：Cu 1.9至7.0、Mg 0.3至1.8、Mn至多1.2、余量的铝和杂质，所述余量的铝和杂质各自最大0.05且总计0.15；(b)对所述铸锭进行匀质化和/或预热；(c)通过以多个轧制道次对所述锭进行轧制来将所述锭热轧成板材产品，其特征在于，当所述板材的中间厚度达到介于100mm与200mm之间时，以至少15％的厚度减薄率进行至少一个高压下率热轧道次，其中所述板材产品的最终厚度小于60mm。本发明还涉及通过这种方法生产的铝合金产品。

技术领域

本发明涉及一种制造2xxx系列铝合金板材产品的方法，该板材产品具有改善的耐疲劳失效性并且在板材产品的超声波检查中具有较少的缺陷。该板材产品可理想地应用于航天结构应用诸如机翼蒙皮壁板和机身结构，以及板材外的其他高强度最终用途。

背景技术

本领域中已知在涉及相对高强度的许多应用诸如飞行器机身、车辆构件和其他应用中使用可热处理的铝合金。铝协会合金AA2xxx诸如AA2024、AA2324和AA2524是众所周知的可热处理的铝合金，这些合金在T3、T39和T351回火中具有有用的强度和韧性。

商用飞行器的设计要求飞行器上不同类型的结构具有各种性质。特别是对于机身结构，对于由板材加工出的复杂零件或下机翼蒙皮而言，必须具有诸如断裂韧性或耐疲劳失效性形式的良好抗裂纹扩展性等性质。同时，合金的强度不应降低。无论以片材还是板材的形式使用均具有提高的耐损性的轧制合金产品将会提高乘客的安全性，将会减轻飞行器的重量，从而提高燃油经济性，继而延长飞行距离、降低成本并降低维护间隔。

另外，减少极细尺寸(≤2mm或更小)的内部缺陷对于轧制板材产品也很重要，因为过多的缺陷会导致轧制板材不能用于航天材料。板材产品中的内部缺陷可通过超声波检查进行证明。通常，在AA2xxx系列铝合金中，超声波测试屏幕上的不连续指示提供对以下类型的缺陷的反映：聚集的气孔、非金属夹杂物、金属夹杂物、盐颗粒或极大的初生相偏析。

根据AMS-STD-2154，在出现一个或多个尺寸为2.0mm或更大的超声波指示的况下，或者如果出现许多尺寸为1.2mm至1.9mm的指示(取决于数量和分布)，则板材产品必须被拒绝用作航天材料。

另外，ASTM B594是用于铝合金锻造产品超声波检查的标准实践。对于飞行器工业中使用的要求，级别通常设置为ASTM B594 A类。

本领域中已知具有以重量百分比计的以下宽泛组成范围的AA2x24合金组成：Cu3.7-4.9、Mg 1.2-1.8、Mn 0.15-0.9、Cr至多0.15、Si0.50、Fe0.50、Zn0.25、Ti0.15、余量的铝和偶然杂质。随时间推移，已在宽泛的AA2x24系列合金范围内开发出更窄的窗口，特别是涉及较低的Si和Fe组合范围的更窄的窗口，以改善特定的工程性质。

JP-H-07252574公开了一种制造Al-Cu-Mg合金的方法，该方法包括在连续铸造之后进行热轧并且指定凝固时的冷却速率的步骤。为了受益于连续铸造操作中的高冷却速率，控制Fe和Si的含量以使得Fe+Si的总和超过至少0.4重量％。

US-5,938,867公开了一种具有“2x24”化学性质的高耐损性Al-Cu合金，该合金基本上包含以下组成(以重量％计)：3.8-4.9Cu、1.2-1.8Mg、0.3-0.9Mn、不超过0.30Si、不超过0.30Fe、不超过0.15Ti、余量的铝和不可避免的杂质，其中在热轧之后以介于385℃与468℃之间的退火温度对锭进行中间退火。