CN109266923A - 一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金及其加工方法 - Google Patents

一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度、高疲劳寿命Al‑Cu‑Mg‑Si‑Mn系铝合金及其加工方法，铝合金的组分及重量百分比为：Cu 3.7~4.6%，Mg 0.2~0.8%，Si 0.5~1.0%，Mn 0.4~1.0%，Fe≤0.3%，Zn≤0.25%，Cr≤0.2%，Ti≤0.15%，其它元素≤0.15%，其余为Al。铝合金的加工方法：对铝合金进行配料、熔炼、铸造，得到铸锭；对铸锭进行均匀化热处理、挤压、预拉伸、固溶处理和人工时效处理。本发明通过合金成分设计和热处理工艺的综合应用，定量控制了弥散相数密度、粗大相面积百分数和再结晶面积百分数三个重要的组织特征，使合金具有高强度和高疲劳寿命。

Description

一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金及其加工 方法
技术领域
本发明属于有色金属材料工程领域，具体涉及一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金及其加工方法。
背景技术
航空航天装备的高可靠性、更长寿命的发展趋势对材料提出了更高的性能要求。铝合金由于高比强度、优良的耐蚀性及热塑性等优点，已经被广泛的应用于航空航天装备结构件。Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金是一种典型的航空航天装备用材料，具有良好的热成型性能焊接性能，常常以锻件、挤压件等多种形式应用于承力结构件。作为航空航天结构件用的铝合金材料不仅要满足强度要求，而且要求具有安全性、可靠性及寿命长等特征。这就要求材料在满足强度的同时，兼顾高疲劳寿命。
Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的强度主要取决于主合金元素Cu、Mg、Si的含量。通过提高Cu、Mg、Si含量，使得析出θ(Al2Cu)和β(Mg2Si)强化相含量增多，实现合金高强度的目的。然而，在高疲劳寿命的性能要求下，需要综合考虑Cu、Mg、Si、Mn等主合金元素，Fe等杂质元素以及其他微量元素的添加量，主要方法是通过合金成分设计和加工工艺的优化来控制合金中相的存在状态。近年来，国外关于铝合金材料疲劳性能的研究，主要集中在优化合金成分和控制第二相方面。例如专利US7323068B2，通过限制2024铝合金中的Fe、Si杂质元素含量，添加Zr并减少Mn含量来提高合金的综合性能，合金成分为：Cu 3.8～4.7％，Mg 1.0～1.6％，Zr 0.06～0.18％，Cr<0.15％，Mn>0～0.50％，Fe≤0.15％，Si≤0.15％。专利US5213639A，通过控制主合金元素的含量提高合金的断裂韧性和抗裂纹扩展性能，合金成分为：Cu 4.0～4.5％，Mg 1.2～1.5％，Mn 0.4～0.6％，Fe≤0.12％，Si≤0.1％。
国内也有关于提高Al-Cu-Mg或2×××系铝合金疲劳性能的研究，主要集中在加工工艺和热处理工艺优化方面。例如，专利CN103526140A公开了一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的热处理方法，提出通过高温短时固溶淬火热处理获得较高的高斯织构，使合金的晶粒取向分布更有利于位错往复滑移，促进裂纹闭合效应，从而降低合金的疲劳裂纹扩展速率。专利CN105441838A公开了一种改善2×××-T3板疲劳裂纹扩展速率的热处理方法，提出通过控制热轧前合金组织中粗大第二相数量，从而改善疲劳裂纹扩展速率。专利CN105603340A公开了一种提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺，提出通过控制板材冷终轧压下率，来控制板材L-ST截面晶粒平均等效直径和晶粒长宽比，使板材的拉伸力学性能和疲劳裂纹扩展速率均满足AMS4296航空标准。
目前，关于疲劳性能和耐损伤性能的现有专利一般集中在Al-Cu-Mg系铝合金，例如上述专利US7323068B2、US5213639A、CN103526140A、CN105441838A、CN105603340A等，都是针对具有较高镁含量和较低锰含量的2XXX系铝合金，这些合金主要制备飞机蒙皮用铝合金薄板。但是，对于航空装备锻件、挤压件用的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金，对提高疲劳性能的有效措施及相关专利较少。这类合金与Al-Cu-Mg系铝合金不同，主要特点是含有较低镁含量、较高硅含量和锰含量的，性能的提升方法存在自身的特点。因此，提升此类合金的疲劳性能对我国航空材料的质量提升具有实际意义。
发明内容
本发明提供了一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn铝合金及加工方法，通过研究Cu、Mg、Si、Mn在合金中的存在形式，通过合金成分设计和加工工艺优化对晶粒组织、粗大相、弥散相进行了合理调控，实现了材料高强度及高疲劳寿命的目的。
本发明的技术方案是：
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金，其特征在于，所述铝合金的组分及其重量百分比为：Cu 3.7～4.6％，Mg 0.2～0.8％，Si 0.5～1.0％，Mn 0.4～1.0％，Fe≤0.3％，Zn≤0.25％，Cr≤0.2％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
根据上述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的组分及其重量百分比为：Cu 3.9～4.4％，Mg 0.3～0.6％、Si 0.6～0.9％，Mn 0.6～0.9％，Fe≤0.15％，Zn≤0.25％，Cr≤0.2％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
一种基于上述铝合金的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
(1)对所述铝合金进行配料、熔炼、铸造，得到所述铝合金铸锭；
(2)将步骤(1)中铸锭进行均匀化热处理，其过程为：将铸锭从室温以10℃/h～400℃/h的升温速率或经1h～45h的升温时间升至430℃～470℃，保温1h～15h；然后以2℃/h～50℃/h的升温速率或经0.2h～45h的升温时间升温至480℃～520℃，保温1h～50h，再进行空冷；
(3)将步骤(2)获得的铸锭在410℃～500℃温度下挤压，获得挤压材；
(4)将步骤(3)获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为0.5％～1.5％；
(5)将步骤(4)预拉伸后的挤压材在490℃～510℃温度下进行固溶处理，保温1h～10h，再进行水冷；
(6)将步骤(5)获得的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为160℃～190℃，保温时间为3h～20h，再进行空冷。
本发明的有益技术效果：本发明的一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn铝合金及加工方法，通过研究合金元素的作用，确定了Cu、Mg、Si、Mn等合金元素的含量范围，开发了相适应的加工工艺；通过控制弥散相数密度、粗大相面积百分数和再结晶组织面积百分数等关键特征，获得了具有高强度、高疲劳寿命的性能材料。制备出的Al-Cu-Mg-Si-Mn铝合金挤压材达到高强度的同时具有高疲劳寿命，室温拉伸屈服强度达到460MPa以上、抗拉强度达到510MPa以上；在应力比R＝-1、加载频率f＝50Hz及300MPa应力水平条件下疲劳寿命达到百万周次以上。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的铝合金的组织扫描照片；
图2为本发明对比例2获得的铝合金的组织扫描照片；
图3为本发明实施例3获得的铝合金中含Mn弥散相的扫描照片；
图4为本发明对比例3获得的铝合金中含Mn弥散相的扫描照片；
图5为本发明实施例5获得的铝合金组织金相照片；
图6为本发明对比例3获得的铝合金组织金相照片。
具体实施方式
本发明的一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金，组分及其重量百分比为：Cu 3.7～4.6％，Mg 0.2～0.8％，Si 0.5～1.0％，Mn 0.4～1.0％，Fe≤0.3％，Zn≤0.25％，Cr≤0.2％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。优选的，铝合金的组分及其重量百分比为：Cu 3.9～4.4％，Mg 0.3～0.6％、Si 0.6～0.9％，Mn 0.6～0.9％，Fe≤0.15％，Zn≤0.25％，Cr≤0.2％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
一种基于上述铝合金的加工方法，包括以下步骤：(1)对所述铝合金进行配料、熔炼、铸造，得到所述铝合金铸锭；(2)将步骤(1)中铸锭进行均匀化热处理，其过程为：将铸锭从室温以10℃/h～400℃/h的升温速率或经1h～45h的升温时间升至430℃～470℃，保温1h～15h；然后以2℃/h～50℃/h的升温速率或经0.2h～45h的升温时间升温至480℃～520℃，保温1h～50h，再进行空冷；(3)将步骤(2)获得的铸锭在410℃～500℃温度下挤压，获得挤压材；(4)将步骤(3)获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为0.5％～1.5％；(5)将步骤(4)预拉伸后的挤压材在490℃～510℃温度下进行固溶处理，保温1h～10h，再进行水冷；(6)将步骤(5)获得的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为160℃～190℃，保温时间为3h～20h，再进行空冷。
经过上述加工方法，均匀化热处理后的铝合金的铸锭组织中含Mn弥散相数密度为1N/μm2～40N/μm2、尺寸为50nm～400nm。铝合金的挤压材的组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数≤4.0％。铝合金的挤压材经过人工时效处理后的组织中再结晶组织的面积百分数≤15％。
以上实施方式遵循的原理是：(1)铝合金的强度与析出强化相程度密切相关。本发明适当调整Cu、Mg、Si的含量，采用优化的固溶热处理和人工时效后，析出的Al2Cu和Mg2Si强化相使合金达到高强度水平。(2)铝合金的疲劳寿命与粗大相含量和均匀化热处理工艺密切相关。本发明通过合金成分设计、粗大相含量测试及热处理工艺优化，优化了合金中粗大相含量，有利于疲劳寿命的提高。(3)铝合金的再结晶程度影响疲劳性能。本发明通过合理的热处理工艺，使得Mn元素以弥散相的形式析出，在后续热加工和热处理过程中起到抑制再结晶的作用，有利于疲劳性能的提升。
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及其重量百分比为：Cu3.9％，Mg 0.6％、Si 0.9％，Mn 0.6％，Fe≤0.1％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以100℃/h的升温速率升至435℃，保温10h。然后将铸锭以50℃/h的升温速率升温至490℃进行均匀化热处理，保温16h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到440℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在510℃条件下进行固溶处理，保温2h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为165℃，保温时间为12h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为1.3N/μm2，平均尺寸为350nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为2.5％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为10.0％。与同类型铝合金及其加工方法相比，实施例1达到了控制弥散相密度、粗大相含量和再结晶分数的目的，并实现了对微观组织的定量控制。
实施例2
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及其重量百分比为：Cu4.0％，Mg 0.5％，Si 0.8％，Mn 0.8％，Fe≤0.2％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以200℃/h的升温速率升至440℃，保温8h。然后将铸锭以100℃/h的升温速率升至500℃进行均匀化热处理，保温24h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到440℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.5％。然后将挤压材在490℃条件下进行固溶处理，保温3h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为177℃，保温时间为10h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为2.0N/μm2，平均尺寸为320nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为2.3％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为11％。与同类型铝合金及其加工方法相比，实施例2达到了控制弥散相密度、粗大相含量和再结晶分数的目的，并实现了对微观组织的定量控制。
实施例3
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及其重量百分比为：Cu4.1％，Mg 0.45％、Si 0.85％，Mn 0.7％，Fe≤0.15％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以100℃/h的升温速率升至445℃，保温10h。然后将铸锭以20℃/h的升温速率升温至505℃进行均匀化热处理，保温24h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到450℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在495℃条件下进行固溶处理，保温5h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为177℃，保温时间为8h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为2.2N/μm2，平均尺寸为360nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为3.0％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为8％。与同类型铝合金及其加工方法相比，实施例3达到了控制弥散相密度、粗大相含量和再结晶分数的目的，并实现了对微观组织的定量控制。
实施例4
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及其重量百分比为：Cu4.2％，Mg 0.75％、Si 0.9％，Mn 0.7％，Fe≤0.1％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以50℃/h的升温速率升至450℃，保温10h。然后将铸锭以50℃/h的升温速率升至510℃进行均匀化热处理，保温32h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到460℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在510℃条件下进行固溶处理，保温5h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为165℃，保温时间为9h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为2.0N/μm2，平均尺寸为320nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为2.5％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为9.0％。与同类型铝合金及其加工方法相比，实施例4达到了控制弥散相密度、粗大相含量和再结晶分数的目的，并实现了对微观组织的定量控制。
实施例5
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及其重量百分比为：Cu4.3％，Mg 0.4％、Si 0.65％，Mn 0.8％，Fe≤0.2％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以300℃/h的升温速率升至455℃，保温5h。然后将铸锭以80℃/h的升温速率升温至515℃进行均匀化热处理，保温40h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到460℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在505℃条件下进行固溶处理，保温5h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为177℃，保温时间为8h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为1.8N/μm2，平均尺寸为330nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为2.8％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为10.0％。与同类型铝合金及其加工方法相比，实施例5达到了控制弥散相密度、粗大相含量和再结晶分数的目的，并实现了对微观组织的定量控制。
实施例6
一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及其重量百分比为：Cu4.4％，Mg 0.57％、Si 0.7％，Mn 0.6％，Fe≤0.1％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温经10h升温至465℃，保温12h。然后将铸锭经5h升温至505℃进行均匀化热处理，保温30h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到450℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在500℃条件下进行固溶处理，保温5h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为165℃，保温时间为12h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为2.3N/μm2，平均尺寸为320nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为3.2％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为9％。与同类型铝合金及其加工方法相比，实施例6达到了控制弥散相密度、粗大相含量和再结晶分数的目的，并实现了对微观组织的定量控制。
对比例1
一种Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及重量百分比为：Cu 3.6％，Mg 0.45％、Si0.7％，Mn 0.6％，Fe≤0.1％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以100℃/h的升温速率升至435℃，保温5h。然后将铸锭以50℃/h的升温速率升温至500℃进行均匀化热处理，保温24h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到460℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在505℃条件下进行固溶处理，保温3h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为177℃，保温时间为10h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为1.1N/μm2，平均尺寸为310nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为2.0％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为11％。
对比例2
一种Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及重量百分比为：Cu 4.4％，Mg 1.0％、Si1.2％，Mn 1.2％，Fe≤0.15％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温经9h的升温时间升至450℃，保温8h。然后将铸锭经10℃/h的升温速率升至505℃进行均匀化热处理，保温24h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到470℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在500℃条件下进行固溶处理，保温3h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为165℃，保温时间为10h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为3.0N/μm2，平均尺寸为350nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为4.5％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为8.0％。
对比例3
一种Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及重量百分比为：Cu 4.2％，Mg 0.45％、Si0.7％，Mn 0.8％，Fe≤0.15％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以50℃/h的升温速率升至500℃进行均匀化热处理，保温24h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到450℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在500℃条件下进行固溶处理，保温5h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为177℃，保温时间为8h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为1.8N/μm2，平均尺寸为320nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为4.7％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为11％。
对比例4
一种Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的组分及重量百分比为：Cu 4.8％，Mg 0.45％、Si0.7％，Mn 0.8％，Fe≤0.1％，Zn≤0.25％，Cr≤0.1％，Ti≤0.15％，其它元素≤0.15％，其余为Al。
按照上述铝合金的组分及其重量百分比进行配料、熔炼、铸造得到所需铸锭。将铸锭从室温以100℃/h的升温速率升至460℃，保温10h。然后将铸锭以10℃/h的升温速率升温至500℃进行均匀化热处理，保温30h后空冷。将均匀化热处理后的铸锭加热到440℃进行挤压，获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为1.0％。然后将挤压材在500℃条件下进行固溶处理，保温5h，再进行水冷。对固溶处理后的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为165℃，保温时间为12h，再进行空冷。按照上述加工方法获得的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金中的弥散相数密度为0.6N/μm2，平均尺寸为320nm。按照上述加工方法获得的挤压材组织中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数为2.5％。按照上述加工方法获得的组织中再结晶组织面积百分数为17％。
参见表1，实施例和对比例生产的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的室温拉伸性能和疲劳寿命。实施例1～6所述合金的强度和疲劳寿命都达到较高水平，其中屈服强度和抗拉强度分别达到460MPa和510MPa以上，在300MPa应力水平和应力比为-1的条件下，疲劳寿命达到106次以上。对比例1～4的结果显示，合金没有达到基本力学性能和疲劳寿命的较好匹配；对比例1中，尽管疲劳寿命达到106次以上，但拉伸强度较低；对比例2、3、4中，拉伸性能达到很高水平，但疲劳寿命比较低。实施例和对比例的性能差别主要源于对合金元素含量、粗大相含量以及再结晶程度的控制。实施例1～6所述合金中尺寸大于1微米的粗大相的面积百分数均控制在小于4.0％，再结晶组织的面积百分数均控制在小于15％。
参见图1和图2，实施例和对比例生产的Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金的显微组织中的粗大相对比。图1是实施例1获得的材料组织扫描照片，其中含有少量的粗大相，其在视场中的面积百分数为2.5％，且分散程度较好。图2是对比例2获得的材料组织扫描照片，存在较多的粗大相，粗大相在视场中的面积百分数为4.5％，对疲劳寿命造成不利影响。
参见图3和图4，实施例和对比例生产的Al-Cu-Mg-Si-Mn铝合金的显微组织中的弥散相对比。图3是实施例3获得的材料组织的高倍扫描照片，其中可见存在大量弥散的含Mn弥散相，其数密度为2.2N/μm2，平均尺寸为300nm。图4是对比例3获得的材料组织的高倍扫描照片，其中含Mn弥散相数密度为0.6N/μm2，远低于实施例3的结果。
参见图5和图6，实施例和对比例生产的Al-Cu-Mg-Si-Mn铝合金的显微组织中的再结晶程度对比。图5是实施例5获得的材料组织的金相照片，其中可见再结晶晶粒比较分散，再结晶组织的面积百分数为10.0％。图6是对比例3获得的铝合金组织的金相照片，其中可见再结晶晶粒比较集中并形成大面积的再结晶晶粒片区，再结晶面积百分数达到17％。
表1实施例和对比例铝合金的性能
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高强度、高疲劳寿命Al-Cu-Mg-Si-Mn系铝合金，其特征在于，所述铝合金的组分及其重量百分比为：Cu 3.7~4.6%，Mg 0.2~0.8%，Si 0.5~1.0%，Mn 0.4~1.0%，Fe ≤0.3%，Zn≤0.25%，Cr ≤0.2%，Ti ≤0.15%，其它元素 ≤0.15%，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的组分及其重量百分比为：Cu 3.9~4.4%，Mg 0.3~0.6%、Si 0.6~0.9%，Mn 0.6~0.9%，Fe ≤0.15%，Zn ≤0.25%，Cr ≤0.2%，Ti ≤0.15%，其它元素 ≤0.15%，其余为Al。
3.一种基于权利要求1所述铝合金的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
（1）对所述铝合金进行配料、熔炼、铸造，得到所述铝合金铸锭；
（2）将步骤（1）中铸锭进行均匀化热处理，其过程为：将铸锭从室温以10ºC/h~400ºC /h的升温速率或经1h~45h的升温时间升至430 ºC ~ 470 ºC，保温1h ~ 15h；然后以2ºC/h~50ºC/h的升温速率或经0.2h~45h的升温时间升温至480 ºC ~520 ºC，保温1h~50h，再进行空冷；
（3）将步骤（2）获得的铸锭在410ºC ~ 500ºC温度下挤压，获得挤压材；
（4）将步骤（3）获得的挤压材在室温下进行预拉伸，拉伸量为0.5%~1.5%；
（5）将步骤（4）预拉伸后的挤压材在490 ºC ~ 510ºC温度下进行固溶处理，保温1h~10h，再进行水冷；
（6）将步骤（5）获得的挤压材进行人工时效处理，人工时效处理条件为：处理温度为160ºC ~ 190 ºC，保温时间为3 h ~ 20h，再进行空冷。
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