一种高强耐热耐疲劳损伤铝合金，各组成元素质量百分数为：Ｃｕ４．７－６．５％，Ｍｎ０．２－０．２８％，Ｍｇ０．４７－０．６１％，Ａｇ０．４４－０．６％，Ｚｒ０．１－０．２５％，Ｔｉ０．０５－０．１５％，Ｅｒ０．２－０．５％，余量为Ａｌ。本发明专利技术在Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ａｇ合金中添加Ｅｒ元素，增加了Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ａｇ合金疲劳裂纹的闭合效应，从而使得合金的疲劳性能提高。本发明专利技术的成分范围内的Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ａｇ－Ｅｒ合金与不添加Ｅｒ元素的Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ａｇ合金强度基本相同，但其２００℃～２５０℃高温持久强度高于Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ａｇ铝合金，疲劳裂纹扩展速率低于２５２４铝合金疲劳裂纹扩展速率；且能够承受最大３８ＭＰａ＊ｍ↑［１／２］大应力因子幅的作用，在ΔＫ≤２５ＭＰａ＊ｍ↑［１／２］时，ｄａ／ｄＮ≤１Ｅ－０３ｍｍ／ｃｙｃｌｅ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高热稳定性高强抗疲劳微结构的铝合金。技术背景Al-Cu-Mg系合金由于具有中等强度，良好的韧性和优异的疲劳性能，是 航空航天中广泛应用的沉淀硬化型铝合金。在A1-Cu-Mg系合金中添加微量的 Ag元素，促进了一种新的盘片状单斜晶系弥散强化相——Q相在铝基体Ull〉 面上析出，该相具有较高的沉淀硬化能力和较好的热稳定性。以Q相为主要强 化相的A1-Cu-Mg-Ag系列合金，其耐热性能要比现在使用的2618、 2124等铝合 金优异得多，可以满足下一代超音速飞机以及超音速巡航导弹的使用温度环 境要求，美国、欧洲等国都在加紧研制该合金。现有A1-Cu-Mg-Ag系列合金的研究主要集中在热稳定性方面。对于航空、 航天用铝合金，除了热稳定性能之外，合金的抗疲劳断裂性能也直接影响到 Al-Cu-Mg-Ag系列合金在航空、航天领域的工业化应用。大量研究表明，由于 具有高的层错能，发生在纯铝合金多个滑移系中的滑移是不可回复的；而 Al-Cu-Mg系合金中，自然时效或者人工时效初期形成的溶质原子偏聚团能够 使滑移集中到一个平面上去，因此这一类型的滑移将有利于循环加载过程中 变形的回复，从而减少疲劳损坏。各种耐疲劳2x24铝合金一般都在自然时效 状态下使用，有着优异的疲劳性能，而以GPB区强化为主的微观组织也被认 为是A1-Cu-Mg系合金的主要抗疲劳微组织。由于A1-Cu-Mg-Ag合金为了保证 耐热性性能，其主要强化相必须控制为Q相，使得其微观组织并不是最佳的抗 疲劳组织。同时，通过控制沉淀相尺寸和体积分数，降低位错在滑移面上运 动的阻力，也有利于提高合金的疲劳性能。对添加稀土合金化的研究表明，在沉淀强化型合金中添加稀土元素能够 在不改变强化相类型的前提下，细化沉淀相尺寸、强化合金晶界，是一种提 高合金耐热性、改善合金疲劳性能的有效方法。但是稀土元素的种类与添加 量直接影响到稀土微合金化效果，如何选定稀土元素、确定元素添加量，通过稀土微合金化方法综合提高铝合金的耐热性、耐疲劳损伤性能，却是该类研究中的一个难点，也是A1-Cu-Mg-Ag合金研制开发的一个重要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于综合提高A1-Cu-Mg-Ag铝合金的耐热性和耐疲劳损伤 性能，制备出一种高热稳定性高强抗疲劳微结构的铝合金。为实现上述专利技术目的，专利技术人经过反复试验表明，在A1-Cu-Mg-Ag系合金 中添加质量百分数为0.2-0.5Q/。的Er，能使合金的耐热抗疲劳损伤性显著提高。更具体地说，本专利技术的高热稳定性高强抗疲劳铝合金的各组成元素质量 百分数为Cu 4.7-6.5%， Mn 0.2-0.28%， Mg 0.47-0,61%， Ag 0.44-0.6%， Zr 0,1-0.25%， Ti 0.05-0.15%, Er 0.2-0.5%，余量为A1。按上述各成分配比合金元素，在490 525。C下进行固溶处理，水淬，然后 在165 25(TC进行人工时效，合金获得最佳的耐热抗疲劳组织。实验表明，本专利技术的Al-Cu-Mg-Ag-Er合金其强度与不添加Er元素的 Al-Cu-Mg-Ag合金强度基本相同，但本专利技术成分范围内的Al-Cu-Mg-Ag-Er合金 20(TC 25(TC高温持久强度高于A1-Cu-Mg-Ag铝合金，疲劳裂纹扩展速率低于 2524铝合金疲劳裂纹扩展速率；本成分范围内Al-Cu-Mg-Ag-Er合金能够承受 最大38 MPa*m1/2大应力因子幅的作用。在AKS25 MPa*m1/2时， da/dN^lE-03mm/cycle 。在Al-Cu-Mg-Ag合金中添加Er元素能够细化Q相，增加Q相之间的间距， 使得合金的强化相保持为Q相，从而具有较好的热稳定性能。而在疲劳过程中， 尺寸较小的Q相在往复运动的位错作用下比大尺寸Q相更有利于位错往复运 动；较大O相之间的间距使得相邻粒子周围产生的位错环之间间距增加，减小 了位错运动的阻力，延长了位错塞积的时间，裂纹扩展的阻滞效应增加；而 Er元素添加强化了合金的晶界，增加了疲劳过程中裂纹扩展的阻力，降低了 裂纹扩展速率。因此，添加Er元素增加了Al-Cu-Mg-Ag合金疲劳裂纹的闭合效 应而使得合金的疲劳性能提高。综上所述，本专利技术的元素成分范围制备的合金能够得到较小尺寸和较大 间距的Q相强化组织，从而使合金具有优异的高的室温强度、优良的耐热性以 及抗疲劳性能的合金成分。附图说明图l合金2的裂纹扩展速率曲线图；图2合金1 5室温的力学性能图；图3合金1 5的高温持久性能图；图4合金l、 2、 3以及2524合金的疲劳裂纹扩展速率；图5合金4、 5以及2524合金的疲劳裂纹扩展速率。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。各实施例中合金成 分均为质量百分比。合金的疲劳性能采用2524合金在相同实验环境下，C(T) 试样的疲劳裂纹扩展速率作为比较。参比2524合金在AK^25 MP^m^时， da/dNS2.6E-03mm/cycle,当AK〉25 MPa+m"2时，合金发生疲劳断裂。参比 例的疲劳裂纹扩展速率性能参见图3 。实施例h合金l成分为4.7%Cu,0.47%Mg,0.45%Ag，0.21%Er，0.28°/。Mn,0.22%Zr, 0.P/。Ti，余量为Al。在495'C下进行固溶处理，水淬，然后在165。C进行人工时 效，合金l板材在室温下的力学性能抗拉强为441MPa，屈服强度为415MPa， 延伸率为14°/。(参见图2); 20(TC/100小时的持久强度为220MPa; 250°C/100 小时的持久强度为120MPa (参见图3);在A7^25MPafm^时， ^/dTV^1.87E-03mm/cycle，裂纹扩展速率(参见图1和图4)低于2524合金。实施例2:合金2成分为6.21%Cu,0.61%Mg,0.44%Ag,0.23%Er,0.28%Mn, 0.15%Zr, 0.09。/。Ti,余量为Al。板材经过在515-C下进行固溶处理，水淬，然后在175。C进 行人工时效，合金2在室温下的力学性能抗拉强为502MPa，屈服强度为 490MPa，延伸率为13% (参见图2); 200'C/100小时的持久强度为240MPa; 250。C/100小时的持久强度为140MPa (参见图3);在A7^251VD^mW时， ^/c A^lE-03mm/cycle，而且Aii^38MPa承m"2时，i/a/d7V^3.65E-03mm/cycle， 裂纹扩展速率低于2524合金(参见图4)，同时具有较好的大应力因子幅疲劳 断裂抗力。实施例3:合金3成分为6.36%Cu,0.6%Mg,0.46%Ag,0,43o/oEr,0.28%Mn, 0.12%Zr, 0.05。/。Ti,余量为Al。在49(TC下进行固溶处理，水淬，然后在200。C进行人工时效，合金3在室温下的力学性能抗拉强为472MPa，屈服强度为439MPa，延 伸率为15% (参见图2); 20(TC/100小时的持久强度为230MPa; 250'C/100小时 的持久强度为135MPa (参见图3 ); 在A7^25MPa*m1/2时， ^^A^1.8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强耐热耐疲劳损伤铝合金，其特征在于：在Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ａｇ系合金中添加质量百分数为０．２－０．５％的Ｅｒ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，李云涛，马飞跃，周杰，刘延斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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