【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于al-cu-mg-ag合金板材制備，具體涉及一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的異步軋制工藝方法。
技術(shù)介紹
1、隨著航空航天飛行器的不斷發(fā)展，對合金零部件的性能和制造技術(shù)提出了更高的要求。一是隨著飛行器速度的提高，飛行過程中機身蒙皮在空氣中摩擦后的溫度升高，甚至超過200℃，因此鋁合金材料需要滿足在一定高溫下長時間使用的要求。二是由于航空航天的工程制件正在向高綜合性能、輕量化、整體化、結(jié)構(gòu)功能一體化發(fā)展，零件的結(jié)構(gòu)越來越復雜。傳統(tǒng)的鑄造、塑性加工、機械加工、以及焊接顯然很難滿足制造技術(shù)上的要求。因此需要在制造技術(shù)上尋求創(chuàng)新。
2、通過控制合金中的fe、si雜質(zhì)含量并調(diào)整溶質(zhì)元素含量，美國研制了2124、2048和2524等合金。但是這些合金的工作溫度一般在150℃以下，仍然無法滿足高速航空器材料的熱穩(wěn)定性要求。工業(yè)界迫切渴望獲得一種新的高強耐熱鑄造用鋁合金。
3、為了提高鋁合金的耐熱性能，人們通過嘗試合金化設(shè)計、噴射沉積、機械合金化和粉末冶金等方法，開發(fā)了一系列能用傳統(tǒng)冶金鑄造法制備的高強耐熱鋁合金。在合金化方面，主要是通過在?al-cu-mg?系合金中，添加ag、ti、zr等微量過渡元素和稀土元素，改善合金的力學性能和抗腐蝕性能。
4、在進行合金化研究過程中發(fā)現(xiàn)，添加微量ag可促進所有含mg鋁合金的時效強化。al-cu-mg-ag合金作為al-cu-mg系合金基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型材料，在{111}面析出了一種相，該相在250℃以下進行時效，析出相的厚度變化很小，具有極
5、al-cu-mg-ag合金是在al-cu-mg合金中加入微量ag后得到的耐熱鋁合金，最早由polmear和vietz等人于上個世紀六十年代發(fā)現(xiàn)。添加微量ag元素后，al-cu-mg合金的時效析出行為發(fā)生了改變。人工時效后，合金在{111}面上析?出一種新型強化相ω相，這種強化相具有良好的熱穩(wěn)定性，能夠有效提高合金的高溫性能，使得合金即便在200℃下仍具有較高的強度。因此，al-cu-mg?ag合金能夠滿足高速飛行器構(gòu)件的耐熱性要求，該合金大規(guī)模應(yīng)用的時代也由此開啟。
6、al-cu-mg-ag合金是在2219合金（al-cu-mn）的基礎(chǔ)上添加適量的mg（0.4-0.5%）和微量的ag（0.4%）發(fā)展而來的。其t6態(tài)的屈服強度（接近500mpa）比t6態(tài)和t87態(tài)2219合金分別提高了近200mpa和100mpa。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中對于提高al-cu-mg-ag合金強度的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的異步軋制工藝方法。本專利技術(shù)所提供的工藝方法，通過適配的異步軋制工藝和熱處理工藝相結(jié)合的方法，調(diào)控al-cu-mg-ag合金鑄錠中初生alcu相盡可能充分溶解于鋁基體而抑制大量的第二相形成，促進cu元素在鋁基體中的固溶度，并在時效過程中獲得更高體積分數(shù)的時效析出相，顯著增加其對強度的貢獻，實現(xiàn)al-cu-mg-ag合金強度和韌性的顯著提升。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的異步軋制工藝方法，將al-cu-mg-ag合金鑄錠進行多道次異步熱軋獲得熱軋板，將熱軋板進行退火處理，獲得退火件，將退火件的進行多道次異步冷軋獲得冷軋板，最后將冷軋板依次進行固溶處理、時效處理即得高強高韌al-cu-mg-ag合金板材。
4、本專利技術(shù)的工藝方法，直接對al-cu-mg-ag合金鑄錠進行多道次異步熱軋，由于鑄錠中粗大相與al基體的彈性常數(shù)和變形行為不協(xié)調(diào)，變形過程中會發(fā)生應(yīng)力集中，當應(yīng)力集中大于臨界值時，粗大相產(chǎn)生裂紋并破碎為細小顆粒，具有較大曲率半徑(即更高表面能)的細小相比粗大相更容易溶解，并在多道次熱軋過程中形成動態(tài)溶解，起到溶解粗大相并抑制富ag第二相形成的作用，異步熱軋后進行退火處理，促進熱軋過程中部分殘余低熔點初生相進一步的溶解，促進溶質(zhì)原子均勻分布，提高異步冷軋過程中的塑性變形能力，隨后進行多道次異步冷軋，通過變形儲能快速累積進一步有效破碎富cu第二相，形成高密度的位錯等，為原子快速擴散提供有利通道，提升固溶保溫過程中cu原子回溶al基體的效果，然后再利用固溶熱處理使冷軋態(tài)板材中的第二相充分溶解于鋁基體中，獲得過飽和固溶體，最后通過時效處理時效過程中獲得均勻化分布和高體積分數(shù)的細小的強化相，顯著提高合金的強度。
5、本專利技術(shù)中，al-cu-mg-ag合金鑄錠無需進行均勻化退火處理，而是直接進行熱軋，專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，若是在熱軋前進行均勻化退火處理，粗大富cu第二相會在高溫下進一步團聚至晶界處，形成后續(xù)熱軋過程中難以充分破碎的粗大第二相，這些粗大第二相一方面容易引起軋制過程中的開裂，導致韌性下降；另一方面后續(xù)固溶時效熱處理過程中析出強化相所需的cu溶質(zhì)原子會不充分，導致強度不足。
6、本專利技術(shù)的工藝，對于al-cu系合金均適用，因此對于al-cu-mg-ag合金的成分不受限制，不過專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，本專利技術(shù)工藝方法對以下成分的al-cu-mg-ag合金可以進行更大的改進，最終獲得更優(yōu)的性能。
7、優(yōu)選的方案，所述al-cu-mg-ag合金鑄錠，按質(zhì)量百分比計，組成如下：cu：2.50-5.5%，?mg：0.3-1.2%，ag：0.20-0.8%，mn：0.30-0.50%，zn：0.20-0.5%，sc：0.05-0.20%，zr：0.1-0.30%，余量為al。該優(yōu)選的合金成分基于形成最少量的含ag的富cu第二相，其ag含量低于1.0wt.?%；同時形成盡量多的ω強化析出相（其主要成分為al2cu），設(shè)計cu含量高于2.0wt?.%。對于此類合金，鑄錠直接進行異步熱軋改善強韌性的效果能夠更好的體現(xiàn)：一方面是含ag的富cu第二相比例較少會減弱熱軋制備薄板開裂的傾向性，所制備薄板的韌性較高；另一方面較多的cu溶質(zhì)原子促使更多ω強化析出相形成，顯著提高al-cu-mg-ag合金薄板固溶時效后的強度。
8、異步軋制過程中上下兩個軋輥的線速度不相等時會使上、下兩軋輥的中性點位置向相反的方向移動，并且速度較快的軋輥的中性點會向板材出料口方向移動，而速度較慢的軋輥的中性點會向板材進料口方向移動，這樣在上下兩個軋輥之間就會形成表面摩擦力相反的一個“搓軋區(qū)”，使初始合金材料在軋制變形過程中受到的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，除了垂直方向的壓縮應(yīng)力外，在平行于板面的水平方向上承受剪切應(yīng)力，這樣就使得軋制板材會同時產(chǎn)生壓縮應(yīng)變和剪切應(yīng)變，通過設(shè)置軋輥的變形溫度、道次壓下量、異速比及軋輥偏移量等工藝參數(shù)可以引入確定的剪切應(yīng)變張量，進而調(diào)控變形區(qū)域內(nèi)織構(gòu)和晶界特征的演變。
9、優(yōu)選的方案，所述多道次異步熱軋的過程為：先將al-cu-mg-ag合金鑄錠于460℃-500℃，優(yōu)選480-490℃預熱1h-10?h，優(yōu)選3h-4h，然后進行多道次異步熱軋，控制單道次的軋制壓下量為12%-15%，總壓本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：將Al-Cu-Mg-Ag合金鑄錠進行多道次異步熱軋獲得熱軋板，將熱軋板進行退火處理，獲得退火件，將退火件的進行多道次異步冷軋獲得冷軋板，最后將冷軋板依次進行固溶處理、時效處理即得高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的工藝方法，其特征在于：所述Al-Cu-Mg-Ag合金鑄錠，按質(zhì)量百分比計，組成如下：Cu：2.50-5.5%，?Mg：0.3-1.2%，Ag：0.20-0.8%，Mn：0.30-0.50%，Zn：0.20-0.5%，Sc：0.05-0.20%，Zr：0.1-0.30%，余量為Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述多道次異步熱軋的過程為：先將Al-Cu-Mg-Ag合金鑄錠于460℃-500℃預熱1h-10?h，然后進行多道次異步熱軋，控制單道次的軋制壓下量為12%-15%，總壓下量85%-90%；道次間在460℃-500℃保
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述多道次異步熱軋時，上下軋輥轉(zhuǎn)速比為1.2-1.6，上下軋輥偏移量為2mm-6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述退火處理的溫度為480℃-530℃，退火處理的時間為1?h-10?h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述多道次異步冷軋的道次壓下量為6-9%，總壓下量50%-90%；所述多道次異步冷軋時，上下軋輥轉(zhuǎn)速比為1.8-2.0，上下軋輥偏移量為6mm-8mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述固溶處理的溫度為520℃-555℃，固溶處理的時間為1h-3?h，固溶處理完成后，立即水冷至室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述時效處理前先進行預變形，預變形量為1-5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述預變形為預拉伸變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌Al-Cu-Mg-Ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述時效處理的溫度為155℃-165?℃，時效處理的時間為15?h-20?h。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：將al-cu-mg-ag合金鑄錠進行多道次異步熱軋獲得熱軋板，將熱軋板進行退火處理，獲得退火件，將退火件的進行多道次異步冷軋獲得冷軋板，最后將冷軋板依次進行固溶處理、時效處理即得高強高韌al-cu-mg-ag合金板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的工藝方法，其特征在于：所述al-cu-mg-ag合金鑄錠，按質(zhì)量百分比計，組成如下：cu：2.50-5.5%，?mg：0.3-1.2%，ag：0.20-0.8%，mn：0.30-0.50%，zn：0.20-0.5%，sc：0.05-0.20%，zr：0.1-0.30%，余量為al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述多道次異步熱軋的過程為：先將al-cu-mg-ag合金鑄錠于460℃-500℃預熱1h-10?h，然后進行多道次異步熱軋，控制單道次的軋制壓下量為12%-15%，總壓下量85%-90%；道次間在460℃-500℃保溫10min-30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強高韌al-cu-mg-ag合金板材的異步軋制工藝方法，其特征在于：所述多道次異步熱軋時，上下軋輥轉(zhuǎn)速比為1.2-1.6，上下軋輥...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭曉斌，王馮權(quán)，謝元康，鄧運來，何錫宇，
申請(專利權(quán))人：中南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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