本发明专利技术涉及高强、高断裂韧性的２ｘｘｘ系铝合金及加工方法，成分为：Ｍｇ？１．３０～１．６０ｗｔ％，Ｃｕ？３．６０～４．８０ｗｔ％，Ｍｎ？０．５０～０．７０ｗｔ％，Ｚｒ？０．１０～０．１４ｗｔ％，Ｔｉ≤０．１０ｗｔ％，Ｚｎ≤０．２０ｗｔ％，Ｓｉ≤０．２０ｗｔ％，Ｆｅ≤０．２０ｗｔ％，其余组分为Ａｌ和不可避免的杂质。其加工工艺：首先铸锭均匀化退火，从室温以２０～４０℃／ｈ的升温速率升到３５０～４３０℃，保温１～３小时，再以２０～４０℃／ｈ的速度升到４７０～５００℃，并保温１８～３０小时，空冷；在３６０～４５０℃进行挤压，挤压板材经４９５～５０３℃保温０．５～２小时后，淬火，并在８小时内进行１．５～３％的冷变形处理，最后自然放置１周以上。通过合理调整主合金元素Ｃｕ、Ｍｇ及微量元素的含量，在保证材料强度的基础上，提高材料的断裂韧性。对加工工艺进行优化，使材料获得了较好的综合力学性能，是制造航空部件的理想材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铝合金，尤其涉及一种航空用高强、高断裂韧性2xxx系铝合金及 其制造方法，属于有色金属
技术介绍
对于飞机设计而言，不同部位所用材料的要求不一。如机身、下翼面及下翼面桁 条，所需材料应具有高的断裂韧性以及低的疲劳裂纹扩展速率(高损伤容限)，同时材料的 强度也应较高。这样才能提高飞机飞行的安全，降低飞机的重量，从而降低维护费用，并提 高燃油经济性。2xxx系铝合金由于具有中等强度、高损伤容限，而被应用于飞机上对断裂 韧性、抗疲劳性能有较高要求的部位，如处于拉应力状态的飞机机身蒙皮以及下翼面蒙皮。 具有代表性的航空用2xxx系铝合金有2024、2124、2324等铝合金，使用状态有T3、 T39和 T3511等。 飞机大型化和高速化的发展，对材料的性能提出了更高的要求。为了进一步提高 2024铝合金的强度和损伤容限，各国研究者进行了不懈的努力。 美国专利5213639通过合理调整和限制2024铝合金中主元素的含量，降低对损伤容限有不利影响的过剩相的体积分数，同时降低杂质Fe、 Si含量，以提高材料性能。 美国专利5863359通过在2024铝合金中添加0. 05 0. 25wt. % Zr以及降低主元素Cu含量，使得材料具有比2024、2324铝合金更为优良的强度和断裂韧性。 美国专利5938867公开了一种具有2024合金类似成分的高损伤容限合金Cu :4 4. 4wt. % ;Mg :1. 25 1. 5wt. % ;Mn :0. 35 0. 5wt. %。 但上述方法中，或是因为限制了主合金元素的含量，造成材料强度的下降；或是因 为添加Zr后，未采用合适的工艺，难以发挥Zr的作用；或是因为对Fe、Si的含量限制过于 严格，在材料生产过程中较难控制，从而提高材料成本，因而对2xxx系合金的性能提高有 限，或存在局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高强、高断裂韧性的2xxx系 铝合金及其加工方法，通过成分优化及工艺的改善，以提高材料的综合性能。 本专利技术的目的通过以下技术方案来实现 高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金，特点是其成分的质量百分含量如下 Mg 1. 30 1. 60wt%， Cu 3. 60 4. 80wt%， Mn 0. 50 0. 70wt%， Zr 0. 10 0. 14wt%， Ti 《0.10wt%， Zn 《0.20wt%， Si 《0.20wt%， Fe 《0.20wt%， 其余组分为Al和不可避免的杂质。 进一步地，上述的高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金，所述Cu的质量百分含量 8. 5-3. 5Mg《Cu《9. 5-3. 5Mg。 更进一步地，上述的高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金，其特征在于所述Cu的质 量百分含量为4. 10wt%， Mg的质量百分含量为1. 40wt. %。 本专利技术高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金的加工方法，首先铸锭均匀化退火，从 室温以20 40°C /h的升温速率升到350 430。C，保温1 3小时，然后再以20 40°C / h的速度升到470 500°C，并保温18 30小时，然后空冷；在360 450。C进行挤压，挤 压板材经495 503t:保温0. 5 2小时后，淬火，并在8小时内进行1. 5 3%的冷变形 处理，最后自然放置l周以上。 再进一步地，上述的高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金的加工方法，首先铸锭均 匀化退火，从室温以20°C /h的升温速率，升到40(TC，保温1小时，然后以20°C /h的升温速 率升到49(TC保温20小时，然后空冷；在40(TC进行挤压，挤压板材经50(TC保温1小时后， 淬火，在8小时内进行2 %的冷变形，最后自然放置1周以上。 通过以上的加工工艺，获得的材料其L向抗拉强度高于500MPa，屈服强度高于400MPa，塑性大于10% ;L-T向断裂韧性KIe高于45 MPa^ 。 本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本专利技术通过合理调整铝合金中主合金元素Cu、 Mg及微量元素的含量，在保证材料强度的基础上，控制组织中过剩相的含量，提高材料的断裂韧性。同时对材料的加工工艺进行优化，使材料获得了较好的综合力学性能，是制造航空部件的理想材料，较好满足航空业的使用要求，市场应用前景广阔。具体实施例方式高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金，成分含量为Mg 1. 30 1. 60wt %， Cu 3. 60 4. 80wt %， Mn 0. 50 0. 70wt %， Zr 0. 10 0. 14wt %， Ti《0. 10wt %， Zn《0. 20wt%，Si《0. 20wt%，Fe《0. 20wt^，其余组分为Al和不可避免的杂质。其中， Cu的质量百分含量(8. 5-3. 5Mg)《Cu《(9. 5-3. 5Mg);最佳的是，Cu的质量百分含量为 4. 10wt%， Mg的质量百分含量为1. 40wt. %。 高强、高断裂韧性的2xxx系铝合金的加工方法，首先铸锭均匀化退火，从室温以 20 40°C /h的升温速率升到350 430。C，保温1 3小时，然后再以20 40°C /h的速 度升到470 500°C，并保温18 30小时，然后空冷；在360 45(TC进行挤压，挤压板材 经495 503"保温0. 5 2小时后，淬火，并在8小时内进行1. 5 3%的冷变形处理，最 后自然放置1周以上。获得的材料其L向抗拉强度高于500MPa，屈服强度高于400MPa，塑 性大于10% ;L-T向断裂韧性KIe高于45MPa 。 2xxx系铝合金中的主要合金元素为Cu、 Mg，形成了合金的主要强化相Al2CuMg相 及Al^u相。Cu/Mg比控制时效强化相的组成及强化效果。当Cu/Mg比为4 : 1 1. 5 : 1 之间时(即2024及其衍生合金成分范围内)，提高材料中Al2CuMg的含量，即增大Mg或减小Cu的含量，有利于提高材料的强度。但Mg含量不能过高，过高则容易形成大量粗大的 难溶金属间化合物，降低材料的断裂韧性；Cu含量不能过低，否则降低固溶强化效果。当 Mg含量为1.30 1.60wt^，Cu含量为3.60 4.80wt% (且Cu最大二 9. 5-3. 5Mg， Cu最小二 8. 5-3. 5Mg)时，既能保证较大的固溶强化效果及时效强化效果，又避免形成过多的粗大金 属间化合物，影响材料的断裂韧性。 Mn在合金中主要起控制晶粒结构，保证织构强化效果的作用。在专利技术中Mn的含量 优选为0. 50 0. 70wt. % ，若是Mn含量过低，则强化效果有限；若Mn含量过高，则形成粗 大的T(Al2。Cu2Mrg相，造成材料断裂的下降。 Zr在合金中所起的作用与Mn类似，但Zr的强化效果要更高。Zr的含量不宜低于 0. lOwt. X，否则大部分Zr固溶在组织中，难以在均匀化退火过程中形成二次Al3Zr相，以 提高材料性能；同时Zr的含量不宜高于O. 14wt. % ，否则容易在铸造过程中形成一次Al3Zr 相，降低材料的铸造性和加工性能以及断裂韧件。 Ti在合金中起细化铸态晶粒的作用，以不超过O. l本文档来自技高网...
【技术保护点】
高强、高断裂韧性的２ｘｘｘ系铝合金，其特征在于：其成分的质量百分含量如下：Ｍｇ１．３０～１．６０ｗｔ％，Ｃｕ３．６０～４．８０ｗｔ％，Ｍｎ０．５０～０．７０ｗｔ％，Ｚｒ０．１０～０．１４ｗｔ％，Ｔｉ≤０．１０ｗｔ％，Ｚｎ≤０．２０ｗｔ％，Ｓｉ≤０．２０ｗｔ％，Ｆｅ≤０．２０ｗｔ％，其余组分为Ａｌ和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：纪艳丽，钟皓，胡平，郭富安，
申请(专利权)人：苏州有色金属研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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