專利名稱：：一種采用微量鋯或微量鈧和鋯微合金化的鋁銅鎂合金薄板及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋁合金制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及到一種具有較高抗疲勞性能的航空用高強(qiáng)鋁合金薄板及其制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的2524鋁銅鎂合金由于其強(qiáng)度高、耐熱性好、成型性優(yōu)良及耐損傷等特點(diǎn)，是一種典型的航空航天用輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料，但是它的抗疲勞特性仍然有待進(jìn)一步提高。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微量鈧和鋯添加到鋁鎂合金和鋁鋅鎂合金中，有顯著的晶粒細(xì)化作用，鈧、鋯與鋁形成的次生的Al3Zr和Al3(ScnZrx)粒子與基體共格，彌散的分布在a(Al)基體中，強(qiáng)烈的釘扎位錯和亞晶界，有效的抑制合金的再結(jié)晶，從而增加了亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化和析出強(qiáng)化效果，因此鈧和鋯添加到鋁鎂合金和鋁鋅鎂合金中，可顯著提高合金的強(qiáng)度。細(xì)晶組織、大量彌散分布的Al3Zr和Al3(ScnZrx)粒子、高密度的位錯和晶界、位錯運(yùn)動的高摩擦阻力可有效阻止微裂紋的形核和擴(kuò)展，它們應(yīng)該也可以顯著降低合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率和提高合金的疲勞壽命。為此，本發(fā)明進(jìn)行了微量鋯、微量鈧和鋯微合金化對航空用高強(qiáng)鋁銅鎂合金薄板組織和性能的影響的研究，為了發(fā)揮鈧和鋯復(fù)合添加的有益作用和抑制可能出現(xiàn)有害的W相，合金設(shè)計(jì)時需要同時將銅含量和鈧的添加量控制在合理的范圍。本發(fā)明的目的是為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有航空用高強(qiáng)2524鋁合金薄板的抗疲勞性能，而提供一種具有較高屈服強(qiáng)度、較高抗疲勞性能的航空用高強(qiáng)2524SZ鋁合金薄板及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的一種鋁合金薄板，由以下重量份成分組成3.80%-4.0。/。的Cu、1.20%-1.6。/。的Mg、0.25%-0.4。/。的Mn、0.02%-0.06。/。的Fe、0.02%-0.06。/。的Si、0.03%-0.06。/。的Ti、0-0.10。/。的Sc、0.05%-0.10。/。的Zr和余量的Al，雜質(zhì)的總含量不大于O.1%。本發(fā)明還優(yōu)選一種鋁合金薄板，由以下重量份成分組成3.80%-4.0。/。的Cu、1.20%-1.6。/。的Mg、0.25%-0.4。/。的Mn、0.02%-0.06。/。的Fe、0.02%-0.06。/。的Si、0.03%-0.06%的Ti、0.03%-0.10。/。的Sc、0.05%-0.10。/。的Zr和余量的Al，雜質(zhì)的總含量不大于O.1%。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟(1)按上述各成分的重量百分比配制合金原料，爐料在熔煉爐中熔化；(2)熔體精煉除氣后半連續(xù)鑄造成扁錠；(3)在Sc為0情況下，得到的鋯微合金化的扁錠在420-45(TC均勻化處理12-16小時，或是Sc不為O情況下，得到的鈧和鋯復(fù)合微合金化的扁錠在320-34(TC的溫度下均勻化處理8-12小時，空冷；將均勻化處理后的鑄錠在400-43(TC的溫度下保溫，之后鑄錠經(jīng)多道次熱軋到5-7mm空冷；再經(jīng)多道次冷軋到2.0-2.2mm厚的薄板；(4)薄板經(jīng)495-50(TC鹽浴固溶后，水淬，再進(jìn)行壓光、矯直和不低于96小時的自然時效(T3)處理，之后得到成品板材。所述(l)步中合金原料在熔煉爐中熔化過程是將鋁、銅、Al-Mn和Al-Ti中間合金在熔煉爐中熔化，熔體完全熔化后，Zr元素以Mg-Zr中間合金或者鋯鹽的形式加入，Sc不為O時，Sc元素以Al-Sc中間合金的形式加入；Mg以純鎂形式加入。所述(3)步中均勻化處理過程中鋁基體內(nèi)析出納米級Al3Zr和Al3(Sc，Zr)粒子。均勻化處理后按常規(guī)方法對鑄錠進(jìn)行鋸切和銑面。所述(4)步中，熱軋得到的熱軋板在380-42(TC的溫度下中間退火l-2小時。所述(4)步中，鹽浴溫度最優(yōu)選498。C。所述(5)中固溶處理時間優(yōu)選30-60min。所述(5)中壓光過程中，變形量控制在5%-7.5%。本發(fā)明具體的實(shí)施過程為本發(fā)明的合金按照重量份數(shù)比由3.80-4.O份的Cu、1.20-1.6份的Mg、0.25-0.4份的Mn、0.02-0.06份的Fe、0.02-0.06份的Si、0.03-0.06份的Ti、0-0.lO份的Sc(或O.03-0.IO份的Sc)、0.05-0.lO份的Zr和余量的Al制成，合計(jì)100份。本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)特征在于降低了現(xiàn)有2524鋁合金中Cu的含量同時添加了微量的鋯或復(fù)合添加了鈧和鋯。本發(fā)明對合金成分進(jìn)行設(shè)計(jì)后，使得微量鋯或微量鈧和鋯復(fù)合添加到含銅的鋁合金中。要很好地控制銅含量，在銅含量超過4%、鈧含量超過0.3%時，可能出現(xiàn)有害的相W(AlCuSc)。本發(fā)明中的合金設(shè)計(jì)科學(xué)合理，尤其是在Sc元素和Zr元素的加入，使得在降低Cu元素含量的情況下，合金的屈服強(qiáng)度仍然有所提高，抗疲勞性能顯著改善。另外，由于本發(fā)明的工藝是采用半連續(xù)鑄造方法制備出合金錠，鑄錠經(jīng)均勻化處理，之后再熱軋-冷軋成2mm厚的薄板。板材經(jīng)498i:鹽浴固溶后，水淬，再進(jìn)行壓光、矯直和96小時以上的自然時效(T3)處理獲得成品。工藝簡單，對產(chǎn)品性能的控制有很大地幫助。具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明進(jìn)一步限定。實(shí)施例l、2:(l)表l合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)按照表1要求的含量將鋁、銅、Al-Mn和A1-Ti中間合金在熔煉爐中熔化，熔體完全熔化后Sc元素以Al-Sc中間合金的形式加入，Zr元素以Mg-Zr中間合金或者鋯鹽的形式加入。Mg按2524鋁合金常規(guī)方法加入，熔體精煉除氣后半連續(xù)鑄造成扁錠(即鑄錠)。(3)Sc為0時，將用鋯微合金化的扁錠在44(TC均勻化處理14小時，Sc不為0時，用鈧和鋯復(fù)合微合金化的扁錠在34(TC的溫度下均勻化處理10小時，空冷；均勻化處理后按常規(guī)方法對鑄錠進(jìn)行鋸切和銑面。(4)將均勻化處理后的鑄錠在400-43(TC的溫度下保溫，之后鑄錠經(jīng)多道次熱軋到6mm左右空冷。軋制時，熱軋板需要在380-42(TC的溫度下中間退火l-2小時，再經(jīng)多道次冷軋到2.1mm左右。(5)冷軋薄板在495-50(TC的溫度下在鹽浴爐內(nèi)固溶處理30-60min，水淬，然后進(jìn)行T3處理。T3處理的薄板固溶后在軋機(jī)上進(jìn)行壓光處理(變形量控制在5%-7.5%)并用矯直機(jī)對薄板進(jìn)行矯直和精整，之后自然時效96小時以上。與傳統(tǒng)的2524鋁銅鎂合金相比，本發(fā)明的合金在Cu含量低于2524合金的情況下，合金抗拉強(qiáng)度稍低于2524合金而屈服強(qiáng)度高于2524合金(附表l)，而抗疲勞性能有了顯著改善(附表2)。附表l室溫拉伸力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>附表2兩種合金在A^30MPaXn/〃下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.一種采用微量鋯或微量鈧和鋯微合金化的鋁銅鎂合金薄板，其特征在于，由以下重量份成分組成3.80％-4.0％的Cu、1.20％-1.6％的Mg、0.25％-0.4％的Mn、0.02％-0.06％的Fe、0.02％-0.06％的Si、0.03％-0.06％的Ti、0-0.10％的Sc、0.05％-0.10％的Zr和余量的Al，雜質(zhì)的總含量不大于0.1％。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種采用微量鋯或微量鈧和鋯微合金化的鋁銅鎂合金薄板，其特征在于，由以下重量份成分組成3.80%-4.0。/。的Cu、1.20。/。-1.6。/。的Mg、0.25%-0.4。/。的Mn、0.02%-0.06。/。的Fe、0.02%-0.06。/。的Si、0.03%-0.06。/。的Ti、0.03%-0.10%的Sc、0.05%-0.10。/。的Zr和余量的Al，雜質(zhì)的總含量不大于O.1%。3.制備權(quán)利要求l所述的薄板的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)配制合金原料，在熔煉爐中熔化；(2)熔體精煉除氣后半連續(xù)鑄造成扁錠；(3)Sc為O時，得到的鋯微合金化的扁錠在420-45(TC均勻化處理12-16小時，Sc為不O時，得到的鈧和鋯復(fù)合微合金化的扁錠在320-34(TC的溫度下均勻化處理8-12小時，空冷；將均勻化處理后的鑄錠在400-43(TC的溫度下保溫，之后鑄錠經(jīng)多道次熱軋到5-7mm空冷；再經(jīng)多道次冷軋到2.0-2.2mm厚的薄板；(4)薄板經(jīng)495-50(TC鹽浴固溶后，水淬，再進(jìn)行壓光、矯直和不低于96小時的自然時效處理，之后得到成品板材。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述(l)步中合金原料在熔煉爐中熔化過程是將鋁、銅、Al-Mn和Al-Ti中間合金在熔煉爐中熔化，熔體完全熔化后Sc元素以Al-Sc中間合金的形式加入，Zr元素以Mg-Zr中間合金或者鋯鹽的形式加入；Mg以純鎂形式加入。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述(4)步中，熱軋得到的熱軋板在380-42(TC的溫度下中間退火l-2小時。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述(5)中固溶處理時間為30-60min。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述(5)中壓光過程中，變形量控制在5%-7.5%。全文摘要本發(fā)明涉及一種采用微量鋯或微量鈧和鋯微合金化的鋁銅鎂合金薄板及制備。它的目的是為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有航空用高強(qiáng)2524鋁合金薄板的抗疲勞性能。所述合金按照重量份數(shù)由3.80-4.0份的Cu、1.20-1.6份的Mg、0.25-0.4份的Mn、0.02-0.06份的Fe、0.02-0.06份的Si、0.03-0.06份的Ti、0-0.10份的Sc、0.05-0.10份的Zr和余量的Al制成，雜質(zhì)的總含量不大于0.1％，合計(jì)100份。本發(fā)明的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的配料；熔煉；半連續(xù)鑄造成錠；鑄錠均勻化熱處理；熱軋及冷軋；固溶熱處理、壓光、矯直；自然時效。本發(fā)明中的成品板材屈服強(qiáng)度較高、抗疲勞性能優(yōu)于現(xiàn)有的2524鋁合金。文檔編號C22C21/12GK101613822SQ20091030356公開日2009年12月30日申請日期2009年6月23日優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日發(fā)明者鋒姜,尹志民,潘清林,華王申請人:中南大學(xué)