控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法

摘要

本发明涉及一种控制Al‑Cu‑Mg‑Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将Al‑Cu‑Mg‑Mn合金铸锭从室温以10~400℃/h的平均升温速率或经1~40h升温至410~470℃，并保温0~30h；（2）然后将Al‑Cu‑Mg‑Mn合金铸锭以2.5~400℃/h的平均升温速率或经0.25~40h升温至470~530℃，并保温1~60h；（3）均匀化后冷却至室温。通过本发明获得的热处理方法，能够很好地控制Al‑Cu‑Mg‑Mn合金中含Mn弥散相的析出，使得Mn弥散相在组织中均匀分布；本发明的热处理方法应用广泛，不仅可以应用于航空材料，还可以应用于板材、型材及2XXX系合金零部件等的热处理加工。

权利要求

1.控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：（1）对Al-Cu-Mg-Mn合金熔炼铸造得到的Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭进行处理，将Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭从室温以10 400℃/h的平均升温速率或经1 40h升温至410 460℃，并保温5~ ~ ~

30h；（2）然后将Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭以2.5 400℃/h的平均升温速率或经0.25 40h升温~ ~ ~至470 498℃，并保温1 60h；（3）均匀化后冷却至室温。

~ ~

2.如权利要求1所述的控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其特征在于：所述Al-Cu-Mg-Mn合金包括AA2524、AA2024以及含Mn元素的其它2XXX系合金。

3.如权利要求1所述的控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中的冷却方式为水冷却或空气冷却。

4.如权利要求1所述的控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中的冷却速率> 5℃/h。

说明书

控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法。

背景技术

[0002] 铝合金具有低密度、高比强度、良好的韧性及耐蚀性等特点而广泛应用于航空、航天、交通运输以及机械、电子、建筑等领域，在国民经济和国防建设中具有不可替代的作用。Al-Cu-Mg-Mn合金属于2XXX系合金范畴，是高强变形铝合金的典型代表，在航空、航天、交通运输等领域均具有广泛的应用前景。如何进一步提高Al-Cu-Mg-Mn系合金的性能如疲劳性能等，具有重要的意义。

[0003] 国内关于该合金的热处理工艺研究，大部分工作集中在如何调控主要强化析出相析出以及晶界析出相分布上，对于如何调控含Mn弥散相的分布以及对后续合金性能，如疲劳性能的影响规律研究不多。因此，如何获得含Mn弥散相均匀分布的基体，是具有意义的技术课题。

发明内容

[0004] 本发明提出的控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，旨在通过合适的均匀化热处理方法调控含Mn弥散相在基体中的分布，最终得到一种含Mn弥散相在基体中均匀、弥散分布的组织。

[0005] 本发明所提出的控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，包括以下步骤：（1）对Al-Cu-Mg-Mn合金熔炼铸造得到的Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭进行处理，将Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭从室温以10 400℃/h的平均升温速率或经1 40h升温至410 470℃，~ ~ ~并保温0 30h；（2）然后将Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭以2.5 400℃/h的平均升温速率或经0.25~ ~ ~
40h升温至470 530℃，并保温1 60h；（3）均匀化后冷却至室温。
~ ~

[0006] 进一步地，上述控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其中：所述Al-Cu-Mg-Mn合金包括AA2524、AA2024以及含Mn元素的其它2XXX系合金。

[0007] 更进一步地，上述控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其中：所述步骤（3）中的冷却方式为水冷却或空气冷却。

[0008] 再进一步地，上述控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，其中：所述步骤（3）中的冷却速率> 5℃/h。

[0009] 本发明提出的控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，通过合适的均匀化热处理方法调控含Mn弥散相在基体中的分布，最终得到一种含Mn弥散相在基体中均匀、弥散分布的组织。该组织有利于控制合金的再结晶组织，有利于改善合金的疲劳性能等。且，本发明的热处理方法应用广泛，不仅可以应用于航空材料，同时可应用于板材、型材及2XXX系合金零部件等的热处理过程。

附图说明

[0010] 图1为合金进行450℃×5h+498℃×30h水淬处理后，即实施例1的扫描电子显微图；

[0011] 图2为合金进行450℃×10h+498℃×30h水淬处理后，即实施例2的扫描电子显微图；

[0012] 图3为合金进行460℃×5h+498℃×30h水淬处理后，即实施例3的扫描电子显微图；

[0013] 图4为合金进行498℃×30h水淬处理后，即比较例1的扫描电子显微图；

[0014] 图5为合金进行400℃×5h+498℃×30h水淬处理后，即比较例2的能谱分析结果；

[0015] 图6为合金进行400℃×5h+498℃×30h水淬处理后，即比较例2的扫描电子显微图。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图，具体实施例及比较例，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

[0017] 本发明控制Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相均匀弥散析出的热处理方法，在进行热处理前先按照合金成分范围进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，包括以下步骤：（1）对Al-Cu-Mg-Mn合金熔炼铸造得到的Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭进行处理，将Al-Cu-Mg-Mn合金铸锭从室温以10 400℃/h的平均升温速率或经1 40h升温至410 470℃，并保温0 30h；（2）然后将Al-~ ~ ~ ~Cu-Mg-Mn合金铸锭以2.5 400℃/h的平均升温速率或经0.25 40h升温至470 530℃，并保温~ ~ ~
1 60h；（3）均匀化后冷却至室温。所述Al-Cu-Mg-Mn合金范围包括了AA2524、AA2024以及含~
Mn元素的其它2XXX系合金，即本发明适用于所有Al-Cu-Mg-Mn合金。经步骤（2）后所得到的Al-Cu-Mg-Mn合金组织中的含Mn相能够均匀、弥散的分布。所述步骤（3）中的冷却方式为水冷却或空气冷却, 冷却速率> 5℃/h。

[0018] 实施例1

[0019] 1）铝合金成分以质量百分比计为：Cu4.28wt.%，Mg1.25wt.%，Mn0.57wt.%，Ti0.03wt.%，Fe≤0.08wt.%，Si≤0.08wt.%，余量为Al。

[0020] 2）按照1）中合金元素配比进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，对铸锭进行均匀化热处理：从室温以40℃/h的平均升温速率或经约10.6h升温至450℃保温5h，然后继续以40℃/h的平均升温速率或经约1.2h升温至498℃保温30h，水冷至室温。

[0021] 实施例2

[0022] 1）铝合金成分以质量百分比计为：Cu4.28wt.%，Mg1.25wt.%，Mn0.57wt.%，Ti0.03wt.%，Fe≤0.08wt.%，Si≤0.08wt.%，余量为Al。

[0023] 2）按照1）中合金元素配比进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，对铸锭进行均匀化热处理：从室温以30℃/h的平均升温速率或经约14.2h升温至450℃保温10h，然后继续以30℃/h的平均升温速率或经约1.6h升温至498℃保温30h，水冷至室温。

[0024] 实施例3

[0025] 1）铝合金成分以质量百分比计为：Cu4.28wt.%，Mg1.25wt.%，Mn0.57wt.%，Ti0.03wt.%，Fe≤0.08wt.%，Si≤0.08wt.%，余量为Al。

[0026] 2）按照1）中合金元素配比进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，对铸锭进行均匀化热处理：从室温以40℃/h的平均升温速率或经约11h升温至460℃保温5h，然后继续以40℃/h的平均升温速率或经约1h升温至498℃保温30h，水冷至室温。

[0027] 比较例1

[0028] 1）铝合金成分以质量百分比计为：Cu4.28wt.%，Mg1.25wt.%，Mn0.57 wt.%，Ti0.03wt.%，Fe≤0.08wt.%，Si≤0.08wt.%，余量为Al。

[0029] 2）按照1）中合金元素配比进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，对铸锭进行均匀化热处理：从室温以40℃/h的平均升温速率或经约11.8h升温至498℃保温30h，水冷至室温。

[0030] 比较例2

[0031] 1）铝合金成分以质量百分比计为：Cu4.28wt.%，Mg1.25wt.%，Mn0.57 wt.%，Ti0.03wt.%，Fe≤0.08wt.%，Si≤0.08wt.%，余量为Al。

[0032] 2）按照1）中合金元素配比进行配料熔炼，铸造得到所需铸锭，对铸锭进行均匀化热处理：从室温以40℃/h的平均升温速率或经约9.4h升温至400℃保温5h，然后继续以40℃/h的平均升温速率或经约2.5h升温至498℃保温30h，水冷至室温。

[0033] 表1示意了实施例及比较例中合金的电阻率测量结果，表2示意了实施例及比较例中含Mn弥散相均匀分布区域与含Mn弥散相分布极不均匀区域面积分数统计结果，表3示意了图5中A、B、C三点各物质成分的摩尔百分数。图5示意了比较例2中弥散相能谱分析结果，图1、图2、图3、图4、图6示意了实施例及比较例中含Mn弥散相分布SEM组织图。

[0034] 实验结果如表2所示，实施例1、例2、例3中不存在含Mn弥散相分布极不均匀区域，其面积分数为0%，比较例1中含Mn弥散相分布极不均匀区域面积分数则为14.2%，比较例2中含Mn弥散相分布极不均匀区域面积分数为14.9%，由此可知，本发明通过合理控制升温速率、第一级均匀化保温温度及保温时间、第二级均匀化保温温度及保温时间，能够有效的调控Al-Cu-Mg-Mn合金中含Mn相的分布，使含Mn相在组织中均匀、弥散的分布。同时，由表1所示，实施例1、实施例2、实施例3处理状态下合金电阻率值分别为5.9、6.0、6.0μΩ×cm，比较例1处理状态下合金电阻率值为5.9μΩ×cm，比较例2处理状态下合金电阻率值为6.0μΩ×cm，由此可知，经过本发明热处理方法处理后的合金电阻率变化极小，即本发明热处理方法对于各合金元素在基体中的固溶量与析出量影响较小，只是调控了含Mn弥散相在组织中的分布形态。

[0035] 实验结果如图1、图2、图3所示，合金进行450℃×5h+498℃×30h、450℃×10h+498℃×30h、460℃×5h+498℃×30h水淬处理后，即经实施例1、实施例2、实施例3处理后，合金各区域含Mn弥散相均匀分布；如图4所示，合金进行498℃×30h水淬处理后，即经比较例1处理后，合金既存在含Mn弥散相分布均匀区域，也存在含Mn弥散相分布不均匀区域；如图6所示，合金进行400℃×5h+498℃×30h水淬处理后，即经比较例2处理后，合金既存在含Mn弥散相分布均匀区域，也存在含Mn弥散相分布不均匀区域。比较例2中，含Mn弥散相分布均匀区域其能谱分析如图5左图所示，可见含Mn弥散相分布均匀；比较例2中，含Mn弥散相分布不均匀区域其能谱分析如图5右图所示，可见含Mn弥散相分布不均匀。图5中A点、B点、C点各物质成分的摩尔百分数如表3所示，A点 Mn元素的摩尔百分数为1.5%，B点 Mn元素的摩尔百分数为0.8%，C点Mn元素的摩尔百分数为1.9%，各个点Mn元素的摩尔百分数有所差异。综上可知，通过实施例1、实施例2、实施例3的热处理方法均可调控该Al-4.28Cu-1.25Mg-0.57Mn-0.03Ti合金含Mn弥散相的析出，使含Mn弥散相在组织中均匀、弥散的析出。

[0036] 当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

[0037] 表1 实施例及比较例处理状态下合金电阻率值

[0038]状态 电阻率，μΩ×cm
实施例1 5.9
实施例2 6.0
实施例3 6.0
比较例1 5.9
比较例2 6.0

[0039] 表2 含Mn弥散相均匀分布区域与含Mn弥散相分布极不均匀区域面积分数统计结果

[0040]状态 含Mn弥散相均匀分布区域面积分数/% 含Mn弥散相分布极不均匀区域面积分数/%实施例1 100 0
实施例2 100 0
实施例3 100 0
比较例1 85.8 14.2
比较例2 85.1 14.9

[0041] 表3 图5中A、B、C三点各物质成分的摩尔百分数

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