【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及鋁合金材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、鋁合金以其優(yōu)異的輕質(zhì)高強(qiáng)等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。其中，al-cu系合金作為典型的2系可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，憑借其出色的力學(xué)性能和耐腐蝕性，成為高強(qiáng)度、輕量化結(jié)構(gòu)部件的主要選擇。然而，日益嚴(yán)苛的服役環(huán)境和復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求對al-cu系合金提出了更高的性能需求，現(xiàn)有的商用al-cu系合金在提升強(qiáng)度與塑性協(xié)同作用方面仍面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的強(qiáng)化方法，如塑性變形處理和熱處理，盡管能顯著提高合金強(qiáng)度，但通常伴隨著塑性下降。此外，晶粒均勻化處理手段在進(jìn)一步提升材料性能，尤其在復(fù)雜工況下的疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性方面，效果有限。
2、近年來，異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與塑性平衡方面表現(xiàn)出巨大潛力。異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)指的是材料內(nèi)部同時(shí)存在不同尺度晶粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動，增強(qiáng)強(qiáng)度的同時(shí)維持較好的塑性。其核心機(jī)制在于材料內(nèi)部不同微觀結(jié)構(gòu)特征的協(xié)同作用，包括位錯(cuò)滑移、孿晶、相變及多尺度析出相等微觀行為的耦合。這種設(shè)計(jì)思路提供了突破傳統(tǒng)細(xì)晶強(qiáng)化方法局限的途徑。
3、目前，異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)的制備主要依賴于嚴(yán)重塑性變形技術(shù)，如粉末冶金、高壓扭轉(zhuǎn)、累積疊軋焊和等通道轉(zhuǎn)角擠壓等。然而，這些技術(shù)的成型工藝復(fù)雜，難以與傳統(tǒng)技術(shù)競爭，限制了其大規(guī)模應(yīng)用的可行性。特別是針對al-cu系合金，由于其較高的層錯(cuò)能（166mj/m2）和對變形溫度及應(yīng)變敏感等特點(diǎn)，異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)的調(diào)控難度較大，通過上述塑性變形技術(shù)制備的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請的主要目的在于提供一種高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，旨在現(xiàn)有的al-cu合金存在的強(qiáng)度及塑性較低的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┮环N高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金，合金的原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下組分：5.0-6.5％cu、0.5-0.7％mn、0.4-0.6％mg、0.1-0.3％sc、0.15-0.35％ti，余量為al。
3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請還提供一種如上述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，包括：根據(jù)用量分別稱取cu、mn、sc、ti、al、mg的原料；將cu、mn、sc、ti、al、mg的原料進(jìn)行熔煉，得到al-cu系合金鑄錠；對合金鑄錠進(jìn)行多道次熱軋變形，得到熱軋板材，其中，熱軋溫度為450-490℃，多道次熱軋變形的總壓下量為65-73%；將熱軋板材進(jìn)行多道次冷軋變形，得到冷軋板材，其中，多道次冷軋變形中的總壓下量為17-25%；對冷軋板材依次進(jìn)行退火、固溶及時(shí)效處理，得到al-cu系合金。
4、可選的，在對合金鑄錠進(jìn)行多道次熱軋變形之前，將合金鑄錠置于熱軋溫度下進(jìn)行保溫。
5、可選的，在每道次熱軋變形后，對得到的樣品進(jìn)行退火、冷卻，且每道次的壓下量大于等于5%。
6、可選的，退火過程中，退火溫度為400-450℃，保溫時(shí)間為10-20h；固溶過程中，固溶溫度為510-540℃，保溫時(shí)間為0.5-2h；時(shí)效過程中，時(shí)效溫度為165-185℃，保溫時(shí)間為4-12h。
7、可選的，al-cu系合金鑄錠的制備過程包括：將cu、mn、sc、ti及al的原料混合，并在710-750℃進(jìn)行加熱熔化，將降溫至680-700℃時(shí)，加入mg的原料并使其熔化，繼續(xù)升溫至710-750℃，進(jìn)行15-30min的精煉，并加入造渣劑，得到熔融液體；對熔融液體進(jìn)行降溫至700-720℃，并將熔融液體倒入模具中，得到al-cu系合金鑄錠。
8、可選的，各組分的原料為單質(zhì)或者中間合金。
9、可選的，cu的原料為al-50cu中間合金，mn的原料為al-10mn中間合金，sc的原料為al-2sc中間合金，al的原料為al錠，ti的原料為al-5ti-b細(xì)化劑，mg的原料為mg錠。
10、可選的，造渣劑的含量為原料總質(zhì)量的0.15-0.3%。
11、可選的，在將cu、mn、sc、ti及al的原料混合前，對各組分的原料進(jìn)行清洗和烘干，烘干溫度為150-200℃，烘干時(shí)間為1-3h。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果如下：
13、本專利技術(shù)的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金，異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)由不同尺寸的晶粒組成，有效提高合金的背應(yīng)力強(qiáng)化效果；同時(shí)，合金中的al20cu2mn3相、al2cu相及al2cumg相的析出，顯著增強(qiáng)了材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，使合金在保持優(yōu)良塑性的同時(shí)具備更高的強(qiáng)度。本專利技術(shù)的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，通過調(diào)控軋制變形和熱處理工藝參數(shù)，引入包含異質(zhì)變形誘導(dǎo)強(qiáng)化在內(nèi)的多種強(qiáng)化機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)度和塑性的大幅提高。
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1.一種高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金，其特征在于，所述合金的原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下組分：
2.一種如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，在對所述合金鑄錠進(jìn)行多道次熱軋變形之前，將所述合金鑄錠置于熱軋溫度下進(jìn)行保溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，在每道次熱軋變形后，對得到的樣品進(jìn)行退火、冷卻，且每道次的壓下量大于等于5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，所述退火過程中，退火溫度為400-450℃，保溫時(shí)間為10-20h；
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，所述Al-Cu系合金鑄錠的制備過程包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，各組分的原料為單質(zhì)或者中間合金。>
8.根據(jù)權(quán)利要求2或7所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，所述Cu的原料為Al-50Cu中間合金，所述Mn的原料為Al-10Mn中間合金，所述Sc的原料為Al-2Sc中間合金，所述Al的原料為Al錠，所述Ti的原料為Al-5Ti-B細(xì)化劑，所述Mg的原料為Mg錠。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，造渣劑的含量為原料總質(zhì)量的0.15-0.3%。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)Al-Cu系合金的制備方法，其特征在于，在將Cu、Mn、Sc、Ti及Al的原料混合前，對各組分的原料進(jìn)行清洗和烘干，烘干溫度為150-200℃，烘干時(shí)間為1-3h。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金，其特征在于，所述合金的原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下組分：
2.一種如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，其特征在于，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，其特征在于，在對所述合金鑄錠進(jìn)行多道次熱軋變形之前，將所述合金鑄錠置于熱軋溫度下進(jìn)行保溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，其特征在于，在每道次熱軋變形后，對得到的樣品進(jìn)行退火、冷卻，且每道次的壓下量大于等于5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，其特征在于，所述退火過程中，退火溫度為400-450℃，保溫時(shí)間為10-20h；
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)塑性異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)al-cu系合金的制備方法，其特征在于，所述al-cu...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張晗，余文濤，郝啟堂，呂亞東，楊海燕，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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