CN104532091A - 一种2系铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种2系铝合金，包括：0.06～0.5wt％的Fe；0.12～0.5wt％的Si；1.2～1.8wt％的Mg；3.8～4.9wt％的Cu；0.3～0.9wt％的Mn以及余量的铝。本发明提供的2系铝合金，适用于2xxx系航空用铝合金的制备，本方法提供的铝合金具有较低的裂纹扩展速率以及较好的疲劳性能和力学性能。

Description

一种2系铝合金
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种2系铝合金。
背景技术
铝合金是一种以铝为基的合金，主要合金元素有铜、硅、镁、锌和锰。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。目前，铝合金是铝合金型材中较为主要的一种，其生产方法是通过铝合金或者直接冷铸成锭块，或者连续浇铸成厚带材，接着热轧成预定厚度，再用一道单独的工序将带材冷轧至最终厚度后，进行热处理工艺，以提高铝合金的力学性能，耐腐蚀性能，并改善其加工性能，获得尺寸的稳定性。
铝合金的热处理工艺可分为退火处理、固溶处理、时效处理和冷热循环处理。退火过程中固溶体发生分解，第二相质点发生聚集，可以消除铸件的内应力，稳定铸件尺寸，减少变形，增大铸件的塑性。固溶热处理指将合金加热到高温单相区恒温保持，使得在热轧和冷轧过程中，从母体合金中沉淀出来的所有可溶性合金成分溶解成固溶体，快速冷却以得到过饱和固溶体的热处理工艺，可提高合金的强度和塑性，改善合金的耐腐蚀性能。时效处理进行着过饱和固溶体分解的自发过程，从而使合金基体的点阵恢复到比较稳定的状态。冷热循环处理可引起固溶体点阵收缩和膨胀,使各相的晶格发生了少许位移,使第二相质点处于更加稳定的状态,从而提高合金尺寸的稳定性,适于精密零件的制造。
随着经济的快速发展，铝合金在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，尤其是近些年，伴随着全球经济一体化，航空物流快速发展，而航空业带动航天制造业的蓬勃发展，基于国内、国际飞机市场需求，作为飞机制造业的主要材料之一的铝合金，下游厂家对其需求量和质量要求一直在逐步提升。飞机用铝合金板要求采用密度小、强度高、加工性能好铝合金材料。在众多铝合金的牌号中，飞机用铝合金大多为2xxx合金，但由于国外技术保密、国内飞机用铝合金产品研究缺乏系统性造成差距，国内制造的2xxx系铝合金的性能、品种规格、生产水平尚不能完全满足机体材料使用要求，其力学性能还有待进一步的提高，需要在传统2xxx系合金基础上研究出能够满足机身使用的新型合金。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种2系铝合金，尤其是一种适用于2xxx系航空用铝合金，本方法提供的2系铝合金具有较好的力学性能和抗疲劳性能。
本发明提供了一种2系铝合金，其特征在于，包括：
0.06wt％的Fe；
0.12wt％的Si；
1.2～1.6wt％的Mg；
4.0～4.5wt％的Cu；
0.45～0.7wt％的Mn；
余量的铝。
优选的，所述2系铝合金的组成为：
0.06wt％的Fe；
0.12wt％的Si；
1.3～1.5wt％的Mg；
4.1～4.4wt％的Cu；
0.55～0.6wt％的Mn；
余量的铝。
优选的，所述2系铝合金由以下方法进行制备，
A)将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；
B)将均匀化热处理的铝合金铸锭轧制后，进行气垫炉固溶淬火后，得到2系铝合金。
优选的，所述均匀化热处理的温度为450℃～520℃。
优选的，所述均匀化热处理的时间为15～20小时。
优选的，所述固溶淬火的温度为490℃～510℃。
优选的，所述气垫炉固溶淬火的速度为2～20米/分钟。
优选的，所述固溶的时间为30s～300s。
优选的，所述轧制包括热轧和/或冷轧。
本发明提供的2系铝合金，包括：0.06wt％的Fe；0.12wt％的Si；1.2～1.6wt％的Mg；4.0～4.5wt％的Cu；0.45～0.7wt％的Mn以及余量的铝。本发明将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；然后将均匀化热处理的铝合金铸锭轧制后，进行气垫炉固溶淬火后，得到2系铝合金。与现有技术2系铝合金相比，本发明通过对铝合金成分的优化，结合对铸锭均匀化热处理的温度和冷却方式的配合以及淬火方式，使合金的内部组织得到改善，消除铝合金铸锭组织及成分不均匀的现象，提高合金的力学性能。本发明提供的2系铝合金，尤其适用于2xxx系航空用铝合金，本方法提供的2系铝合金具有较低的裂纹扩展速率以及较好的疲劳性能和力学性能该方法。实验结果表明，本发明提供的铝合金抗拉强度大于等于458MPa。屈服强度大于等于350MPa，延伸率大于23.5％；当ΔK＝33MPa，R＝0.1，f＝2～10Hz时，da/dN≤3.05×10-3mm/cycle。
具体实施方式
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
本发明提供了一种2系铝合金，其特征在于，包括：0.06wt％的Fe；0.12wt％的Si；1.2～1.6wt％的Mg；4.0～4.5wt％的Cu；0.45～0.7wt％的Mn以及余量的铝。
所述2系铝合金的组成优选为0.06wt％的Fe；0.12wt％的Si；1.3～1.5wt％的Mg；4.1～4.4wt％的Cu；0.5～0.65wt％的Mn以及余量的铝；更优选为0.06wt％的Fe；0.12wt％的Si；1.35～1.45wt％的Mg；4.2～4.3wt％的Cu；0.55～0.6wt％的Mn以及余量的铝。
本发明对所述铝合金的制备方法没有特别限制，本发明优选采用以下具体方法制备，
首先将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；
然后将均匀化热处理的铝合金铸锭轧制后，进行气垫炉固溶淬火后，得到2系铝合金。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
本发明首先将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；所述均匀化热处理的温度优选为450℃～520℃，更优选为480℃～500℃；所述均匀化热处理的时间优选为15～20小时，更优选为17～18小时；本发明对所述铝合金铸锭没有其他特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备2系铝合金的铸锭即可，本发明优选采用成分满足本发明所述2系铝合金成分要求的铝合金铸锭；本发明对所述均匀化处理的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化处理方式即可；本发明所述均匀化处理的设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化处理设备即可；本发明对所述冷却的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的冷却方式即可，本发明优选为快速冷却，更优选为水冷或风冷；本发明为保证均匀化处理的稳定性，优选采用经过铣面的铝合金铸锭。
本发明采用特定温度和时间下的均匀化热处理，搭配快速冷却，作为合金进行变形前的重要过程，可以明显改善铸态合金中的元素偏析现象，消除共晶组织，减少合金在变形过程中的应力集中点，提高合金的力学能力，为强化相在随后的时效过程中沉淀析出做准备。
本发明然后将均匀化热处理的铝合金铸锭轧制后，进行气垫炉固溶淬火后，得到2系铝合金；所述固溶淬火的温度优选为490℃～510℃，更优选为495℃～505℃，最优选为498℃；所述固溶的保温时间优选为30s～300s，更优选为60s～250s，更优选为100～200s；所述气垫炉固溶淬火的速度优选为2～20米/分钟，更优选为5～15米/分钟；所述轧制优选为热轧和/或冷轧，更优选为热轧或冷轧，更优选为热轧；本发明对所述淬火的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的淬火方式即可，本发明优选为快速水冷淬火；本发明对所述淬火后的温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的淬火后温度即可，本发明优选为20～30℃。
本发明为提高成品铝合金的外观以及等级要求，优选将上述步骤得到的2系铝合金再经过剪切、矫直以及锯切后，得到成品2系铝合金；本发明对上述工艺过程以及参数控制条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的工艺过程以及参数控制条件即可，也可以根据实际生产情况自行设置。
本发明采用特定温度和速度下的气垫炉固溶淬火处理，搭配轧制，使合金的内部组织得到改善，进一步提高了合金的力学性能。
本发明将上述方法制备的2系铝合金进行性能检测，实验结果表明，本发明制备的铝合金抗拉强度大于等于458MPa。屈服强度大于等于350MPa，延伸率大于24.5％；当ΔK＝33MPa，R＝0.1，f＝2～10Hz时，da/dN≤3.05×10-3mm/cycle。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种铝合金的生产方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂及铝合金铸锭均为市售。
实施例1
1.1将铝合金毛坯铸锭经过铣面后，得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭加热到均热温度为450℃的条件下进行均匀化热处理，15小时后再开始快速水冷却，冷却到30℃后，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
1.2将1.1中得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭在300℃的温度下进行轧制，然后将轧制后的铝合金铸锭送入气垫炉中，在温度为495℃，速度为5米/分钟的条件下，进行固溶淬火后，得到2系铝合金。
1.3将1.2中得到的2系铝合金经过剪切、矫直以及锯切后，得到成品2系铝合金。
根据国标和行标，对上述步骤得到的2系铝合金进行测试，本实施例制备的2024铝合金的组成为0.5wt％的Fe；0.5wt％的Si；1.8wt％的Mg；4.0wt％的Cu；0.3wt％的Mn以及余量的铝。性能实验结果表明，本发明制备的铝合金抗拉强度等于458MPa。屈服强度等于350MPa，延伸率为23.5％，疲劳裂纹扩展速率为，当ΔK＝33MPa，R＝0.1，f＝2～10Hz时，da/dN为3.05×10-3mm/cycle；这表明本发明制备的铝合金符合国家标准，满足了航空用2系铝合金板较高的力学性能和抗疲劳性能的使用要求。
实施例2
1.1将铝合金毛坯铸锭经过铣面后，得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭加热到均热温度为520℃的条件下进行均匀化热处理，20小时后再开始快速水冷却，冷却到30℃后，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
1.2将1.1中得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭在300℃的温度下进行轧制，然后将轧制后的铝合金铸锭送入气垫炉中，在温度为505℃，速度为15米/分钟的条件下后，得到2系铝合金。
1.3将1.2中得到的2系铝合金经过剪切、矫直以及锯切后，得到成品2系铝合金。
根据国标和行标，对上述步骤得到的2系铝合金进行测试，本实施例制备的2524铝合金的组成为0.06wt％的Fe；0.12wt％的Si；1.40wt％的Mg；4.25wt％的Cu；0.6wt％的Mn以及余量的铝。性能实验结果表明，本发明制备的铝合金抗拉强度等于473MPa。屈服强度等于358MPa，延伸率为24.5％，疲劳裂纹扩展速率为，当ΔK＝33MPa，R＝0.1，f＝2～10Hz时，da/dN为3.00×10-3mm/cycle；这表明本发明制备的铝合金符合国家标准，满足了航空用2系铝合金板较高的力学性能和抗疲劳性能的使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种2系铝合金，其特征在于，包括：
0.06wt％的Fe；
0.12wt％的Si；
1.2～1.6wt％的Mg；
4.0～4.5wt％的Cu；
0.45～0.7wt％的Mn；
余量的铝。
2.根据权利要求1所述的2系铝合金，其特征在于，所述2系铝合金的组成为：
0.06wt％的Fe；
0.12wt％的Si；
1.3～1.5wt％的Mg；
4.1～4.4wt％的Cu；
0.55～0.6wt％的Mn；
余量的铝。
3.根据权利要求1所述的2系铝合金，其特征在于，所述2系铝合金由以下方法进行制备，
A)将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；
B)将均匀化热处理的铝合金铸锭轧制后，进行气垫炉固溶淬火后，得到2系铝合金。
4.根据权利要求3所述的2系铝合金，其特征在于，所述均匀化热处理的温度为450℃～520℃。
5.根据权利要求3所述的2系铝合金，其特征在于，所述均匀化热处理的时间为15～20小时。
6.根据权利要求3所述的2系铝合金，其特征在于，所述固溶淬火的温度为490℃～510℃。
7.根据权利要求3所述的2系铝合金，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火的速度为2～20米/分钟。
8.根据权利要求3所述的2系铝合金，其特征在于，所述固溶的时间为30s～300s。
9.根据权利要求3所述的2系铝合金，其特征在于，所述轧制包括热轧和/或冷轧。
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