CN101760681A - 高损伤容限型2e12铝合金薄板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，它涉及一种铝合金薄板的制作方法。本发明解决了高损伤容限型2E12铝合金薄板在研制的铸造过程中容易产生裂纹板型控制较困难以及制作得到的2E12薄板的综合性能差的问题。方法：一、制作扁锭合金；二、均匀化退火；三：热上卷曲；四、冷轧；五、热处理；六、压光矫直。本发明的制作过程中没有产生裂纹，且制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板综合力学性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金薄板的制作方法。
背景技术
我国飞机蒙皮长期以来主要使用的是与2024相当的2A12(LY12)合金，随着航空产品的发展，2A12蒙皮已渐渐不能满足飞机安全性、可靠性和长寿命的使用要求。高损伤容限型2E12铝合金属于Al-Cu-Mg系铝合金，该合金板材热处理后具有优良的综合性能，尤其是抗损伤容限能力高的特点，因此可以用高损伤容限型2E12铝合薄板作为飞机蒙皮，来满足飞机高安全性、长寿命性的设计使用要求。但高损伤容限型2E12铝合金薄板在研制的铸造过程中容易产生裂纹，板型控制较困难，且制作得到的2E12薄板的综合性能差，限制了高损伤容限型2E12铝合金薄板。
发明内容
本发明为了解决高损伤容限型2E12铝合金薄板在研制的铸造过程中容易产生裂纹，板型控制较困难以及制作得到的2E12薄板的综合性能差的问题，提供了高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法。
本发明高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法按照以下步骤进行：：一、按照重量份数比将92～94份的铝锭、4.0～4.5份的铜、1.2～1.6份的镁锭和4.5～7份的铝锰合金混合铸造成300×500mm的扁锭合金或440×500mm的扁锭合金；二、扁锭合金在510～550℃条件下，加热5～7小时，然后将温度降至485～495℃保温22～26小时；三、步骤二处理后的扁锭合金热轧制成厚度为6～10mm的坯料，直接热上卷曲，开轧温度为370～410℃，终轧温度为250～350℃；四、将坯料置于300℃～340℃条件下加热2～4小时，然后随炉冷却至230～260℃后出炉，经空冷的中间退火料，再冷轧至成品厚度为1.5mm～4.0mm的板材；五、板材在496～450℃的条件下保温时间10～30min后进行固溶处理，转移时间小于30秒，冷却水温小于30℃；六、将步骤五处理后的板材压光矫直，冷变形率为20％～80％，即得到高损伤容限型2E12铝合金薄板。
本发明制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板中按照重量百分比包括4.0％～4.5％的Cu、1.2％～1.6％的Mg、0.45％～0.7％的Mn、0％～0.05％的Cr、0％～0.15％的Zn、0％～0.06％的Si、0％～0.12％的Fe、0％～0.10％的Ti、0～0.15％杂质和余量的Al。
本发明的方法在制作过程中没有产生裂纹，且制作得到高损伤容限型2E12铝合金薄板的综合性能好，本发明制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板进行力学性能检测，抗拉强度为450～465Mpa，屈服强度为310～340Mpa，延伸率为19％～23％，疲劳裂纹扩展速率≤3.05×10-3mm/cycle(Δk＝33Mpa·m1/2)，电导率28.5～32.0％ICAS。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比将92～94份的铝锭、4.0～4.5份的铜、1.2～1.6份的镁锭和4.5～7.0份的铝锰合金混合铸造成300×500mm的扁锭合金或440×500mm的扁锭合金；二、扁锭合金在510～550℃条件下，加热5～7小时，然后将温度降至485～495℃保温22～26小时；三、步骤二处理后的扁锭合金热轧制成厚度为6～10mm的坯料，直接热上卷曲，开轧温度为370～410℃，终轧温度为250～350℃；四、将坯料置于300℃～340℃条件下加热2～4小时，然后随炉冷却至230～260℃后出炉，再经空冷的中间退火料，再冷轧至成品厚度为1.5mm～4.0mm的板材；五、板材在496～500℃的条件下保温时间10～30min后进行固溶处理，转移时间小于30秒，冷却水温小于30℃；六、将步骤五处理后的板材压光矫直，冷变形率为20％～80％，即得到高损伤容限型2E12铝合金薄板。
本实施方式步骤二中均匀化退火能消除晶内偏析和铸造应力，使板材具有较好的加工性能。
本实施方式制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板中按照重量百分比包括4.0％～4.5％的Cu、1.2％～1.6％的Mg、0.45％～0.7％的Mn、0％～0.05％的Cr、0％～0.15％的Zn、0％～0.06％的Si、0％～0.12％的Fe、0％～0.10％的Ti、0～0.15％杂质和余量的Al。
本实施方式的方法在制作过程中没有产生裂纹，且制作得到高损伤容限型2E12铝合金薄板的综合性能好，本实施方式制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板进行力学性能检测，抗拉强度为450～465Mpa，屈服强度为310～340Mpa，延伸率为19％～23％，疲劳裂纹扩展速率≤3.05×10-3mm/cycle(Δk＝33Mpa·m1/2)，电导率28.5～32.0％ICAS，符合技术指标的要求，且高于技术指标(技术指标：σ＝1.0～4.0、方向LT、抗拉强度Rm(MPa)≥427、屈服强度RP0.2(MPa)≥275、延伸率A(％)≥15)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的铝锭按照重量份数比由50～70份的纯度为99.99％的纯铝锭和20～40份的铝合金铸锭组成。其它步骤及参数与具体实施方式一不同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中300×500mm扁锭合金的铸造方法为：将原料混合熔炼后在铸造温度为700～720℃条件下进行铸造，铸造速度为55～60mm/min，水压为0.8～1.5Mpa。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
本实施方式300×500mm的扁锭合金的具体制作方法按照以下步骤进行：一、熔炼：采用电炉自投固体料方式，将原料装入炉中，在装炉前必须将炉彻底放干，然后进行合金熔炼，合金熔炼温度为700～720℃，并在此范围内取样，取样前要认真彻底搅拌，合金熔化下塌前和加镁锭时一律采用2#熔剂覆盖，炉前成分控制，不补Fe，Mg补至1.4％，Al-5Ti-1B丝在过滤器入口在线播入，电炉出炉前Ar-Cl2精炼10min；二、铸造：静置炉导炉前认真二次清炉，预热好2#熔剂块出炉叠坝，满管流动，步骤一熔炼后的熔体导入静置炉后，用Ar-Cl2精炼15min，炉外走Alpur除气装置，静置10min后测氢，氢含量标准＝0.18ml/100g金属，不合格补充精炼，静置30min铸造，2#熔剂覆盖，铸造流线上采用陶瓷管过滤和泡沫陶瓷板双级净化过滤，其中每铸次铸一根铸锭，加厚纯铝铺底厚度，铸造工艺的参数为：铸造温度为700～720℃条件下进行铸造，铸造速度为55～60mm/min，水压为0.8～1.5Mpa。该方法制作得到扁锭合金成分满足标准要求，解决了铸造裂纹，提高了熔体质量，生产出了合格铸锭。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中的440×500mm扁锭合金的铸造方法为：将原料混合在铸造温度为695～715℃条件下进行铸造，铸造速度为45～50mm/min，水压为0.6～1.0Mpa。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
本实施方式440×500mm的扁锭合金的具体制作方法按照以下步骤进行：一、熔炼：采用电炉自投固体料方式，将原料装入炉中，在装炉前必须将炉彻底放干，然后进行合金熔炼，合金熔炼温度为700～720℃，并在此范围内取样，取样前要认真彻底搅拌，合金熔化下塌前和加镁锭时一律采用2#熔剂覆盖，炉前成分控制，不补Fe，Mg补至1.4％，Al-5Ti-1B丝在过滤器入口在线播入，电炉出炉前Ar-Cl2精炼10min；二、铸造：静置炉导炉前认真二次清炉，预热好2#熔剂块出炉叠坝，满管流动，步骤一熔炼后的熔体导入静置炉后，用Ar-Cl2精炼15min，炉外走Alpur除气装置，静置10min后测氢，氢含量标准＝0.18ml/100g金属，不合格补充精炼，静置30min铸造，2#熔剂覆盖，铸造流线上采用陶瓷管过滤和泡沫陶瓷板双级净化过滤，其中每铸次铸一根铸锭，加厚纯铝铺底厚度，铸造工艺的参数为：铸造温度为695～715℃条件下进行铸造，铸造速度为45～50mm/min，水压为0.6～1.0Mpa。该方法制作得到扁锭合金成分满足标准要求，解决了铸造裂纹，提高了熔体质量，生产出了合格铸锭。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是步骤二中扁锭合金在530℃条件下，加热6小时，然后将温度降至480℃保温24小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是步骤三中扁锭合金热轧制成厚度为7mm～9mm的坯料。其它步骤及参数与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六不同的是步骤三中开轧温度为380～400℃，终轧温度为280～330℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是步骤四中将坯料置于320℃条件下加热3小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八不同的是步骤四中随炉冷却至250℃后出炉。其它步骤及参数与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是步骤四中板材在498℃的条件下保温时间20min后进行固溶处理。其它步骤及参数与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比将92份的铝锭、4.3份的铜、1.4份的镁锭和6份的铝锰合金混合铸造成300×500mm的扁锭合金；二、扁锭合金在540℃条件下，加热6小时，然后将温度降至490℃保温24小时；三、步骤二处理后的扁锭合金热轧制成厚度为8mm的坯料，直接热上卷曲，开轧温度为400℃，终轧温度为300℃；四、将坯料置于320℃条件下加热3小时，然后随炉冷却至240℃后出炉，经空冷的中间退火料，再冷轧至成品厚度为1.5mm的板材；五、板材在498℃的条件下保温时间20min后进行固溶处理，转移时间小于30秒，冷却水温小于30℃；六、将步骤五处理后的板材压光矫直，冷变形率为60％，即得到高损伤容限型2E12铝合金薄板。
本实施方式步骤一中的300×500mm的扁锭合金的具体制作方法按照以下步骤进行：一、熔炼：采用电炉自投固体料方式，将原料装入炉中，在装炉前必须将炉彻底放干，然后进行合金熔炼，合金熔炼温度为700～720℃，并在此范围内取样，取样前要认真彻底搅拌，合金熔化下塌前和加镁锭时一律采用2#熔剂覆盖，炉前成分控制，不补Fe，Mg补至1.4％，Al-5Ti-1B丝在过滤器入口在线播入，电炉出炉前Ar-Cl2精炼10min；二、铸造：静置炉导炉前认真二次清炉，预热好2#熔剂块出炉叠坝，满管流动，步骤一熔炼后的熔体导入静置炉后，用Ar-Cl2精炼15min，炉外走Alpur除气装置，静置10min后测氢，氢含量标准＝0.18ml/100g金属，不合格补充精炼，静置30min铸造，2#熔剂覆盖，铸造流线上采用陶瓷管过滤和泡沫陶瓷板双级净化过滤，其中每铸次铸一根铸锭，加厚纯铝铺底厚度，铸造工艺的参数为：铸造温度为700～720℃条件下进行铸造，铸造速度为55～60mm/min，水压为0.8～1.5Mpa。该方法制作得到扁锭合金成分满足标准要求，解决了铸造裂纹，提高了熔体质量，生产出了合格铸锭。
本实施方式步骤二中均匀化退火能消除晶内偏析和铸造应力，使板材具有较好的加工性能。
本实施方式步骤二中固溶处理：2时效，自然时效为100小时。
本实施方式步骤四的中空冷工艺是一种控制室内温度的一种方法，即经过溴化铝产生低于5℃的水，然后用风机对室内进行降温。
本实施方式制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板中按照重量百分比包括4.2％的Cu、1.5％的Mg、0.6％的Mn、0.01％的Cr、0.05％的Zn、0.01％的Si、0.05％的Fe、0.03％的Ti、0.06％杂质和余量的Al。
本实施方式的方法在制作过程中没有产生裂纹，且制作得到高损伤容限型2E12铝合金薄板的综合性能好，本实施方式制作得到的高损伤容限型2E12铝合金薄板进行力学性能检测，抗拉强度为450～465Mpa，屈服强度为310～340Mpa，延伸率为19％～23％，疲劳裂纹扩展速率≤3.05×10-3mm/cycle(Δk＝33Mpa·m1/2)，电导率28.5～32.0％ICAS，符合技术指标的要求，且高于技术指标(技术指标：σ＝1.0～4.0、方向LT、抗拉强度Rm(MPa)≥427、屈服强度RP0.2(MPa)≥275、延伸率A(％)≥15)。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：步骤一中铸造成440×500mm的扁锭合金。其他步骤及参数于具体实施方式十一相同。
本实施方式440×500mm的扁锭合金的具体制作方法按照以下步骤进行：一、熔炼：采用电炉自投固体料方式，将原料装入炉中，在装炉前必须将炉彻底放干，然后进行合金熔炼，合金熔炼温度为700～720℃，并在此范围内取样，取样前要认真彻底搅拌，合金熔化下塌前和加镁锭时一律采用2#熔剂覆盖，炉前成分控制，不补Fe，Mg补至1.4％，Al-5Ti-1B丝在过滤器入口在线播入，电炉出炉前Ar-Cl2精炼10min；二、铸造：静置炉导炉前认真二次清炉，预热好2#熔剂块出炉叠坝，满管流动，步骤一熔炼后的熔体导入静置炉后，用Ar-Cl2精炼15min，炉外走Alpur除气装置，静置10min后测氢，氢含量标准＝0.18ml/100g金属，不合格补充精炼，静置30min铸造，2#熔剂覆盖，铸造流线上采用陶瓷管过滤和泡沫陶瓷板双级净化过滤，其中每铸次铸一根铸锭，加厚纯铝铺底厚度，铸造工艺的参数为：铸造温度为695～715℃条件下进行铸造，铸造速度为45～50mm/min，水压为0.6～1.0Mpa。该方法制作得到扁锭合金成分满足标准要求，解决了铸造裂纹，提高了熔体质量，生产出了合格铸锭。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一至十二不同的是：步骤四中冷轧至成品厚度为2mm的板材。其他步骤及参数于具体实施方式十一相至十二同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一至十二不同的步骤四中冷轧至成品厚度为2.5mm的板材。其他步骤及参数于具体实施方式十一相至十二同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十一至十二不同的步骤四中冷轧至成品厚度为4mm的板材。其他步骤及参数于具体实施方式十一相至十二同。
Claims (10)
1.高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法按照以下步骤进行：一、按照重量份数比将92～94份的铝锭、4.0～4.5份的铜、1.2～1.6份的镁锭和4.5～7份的铝锰合金混合铸造成300×500mm的扁锭合金或440×500mm的扁锭合金；二、扁锭合金在510～550℃条件下，加热5～7小时，然后将温度降至485～495℃保温22～26小时；三、步骤二处理后的扁锭合金热轧制成厚度为6～10mm的坯料，直接热上卷曲，开轧温度为370～410℃，终轧温度为250～350℃；四、将坯料置于300℃～340℃条件下加热2～4小时，然后随炉冷却至230～260℃后出炉，经空冷的中间退火料，再冷轧至成品厚度为1.5mm～4.0mm的板材；五、板材在496～500℃的条件下保温时间10～30min后进行固溶处理，转移时间小于30秒，冷却水温小于30℃；六、将步骤五处理后的板材压光矫直，冷变形率为20％～80％，即得到高损伤容限型2E12铝合金薄板。
2.根据权利要求1所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤一中的铝锭按照重量份数比由50～70份的纯度为99.99％的纯铝锭和20～40份的铝合金铸锭组成。
3.根据权利要求1或2所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤一中300×500mm扁锭合金的铸造方法为：将原料混合熔炼后在铸造温度为700～720℃条件下进行铸造，铸造速度为55～60mm/min，水压为0.8～1.5Mpa。
4.根据权利要求1或2所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤一中的440×500mm扁锭合金的铸造方法为：将原料混合在铸造温度为695～715℃条件下进行铸造，铸造速度为45～50mm/min，水压为0.6～1.0Mpa。
5.根据权利要求3所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤二中扁锭合金在530℃条件下，加热6小时，然后将温度降至480℃保温24小时。
6.根据权利要求1、2或5所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤三中扁锭合金热轧制成厚度为7～9mm的坯料。
7.根据权利要求6所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤三中开轧温度为380～400℃，终轧温度为280～330℃。
8.根据权利要求1、2、5或7所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤四中将坯料置于320℃条件下加热3小时。
9.根据权利要求8所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤四中随炉冷却至250℃后出炉。
10.根据权利要求1、2、5、7或9所述的高损伤容限型2E12铝合金薄板的制作方法，其特征在于步骤四中板材在498℃的条件下保温时间20min后进行固溶处理。
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