AlCuMg2铝合金的疲劳裂纹扩展行为研究

　　AlCuMg2铝合金板材技术报告

　　一、材料基本概况

　　AlCuMg2（对应国际牌号2024）是典型的Al-Cu-Mg系高强度铝合金，属于可热处理强化合金。该材料通过铜(Cu)和镁(Mg)的协同强化形成S(Al₂CuMg)相，具有优异的强度/重量比和疲劳性能，主要应用于航空航天、军事装备和高性能运输领域。

　　AlCuMg2化学成分：

　　铬(Cr)≤0.04

　　锆(Zr)0.08～0.15

　　锌(Zn)5.7～6.7

　　硅(Si)≤0.12

　　铁(Fe)0.000～0.150

　　锰(Mn)≤0.10

　　镁(Mg)1.9～2.6

　　钛(Ti)≤0.06

　　铜(Cu)2.0～2.6

　　铝(Al) 余量

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　AlCuMg2铝棒力学性能：

　　密度：20℃(68℉)时为 2.83g/cm3(0.102lb/in3)。

　　退火温度 415℃(775℉)

　　固溶温度 475℃(890℉)

　　时效温度 120-175℃(250-350℉)

　　注 ：管材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：所有壁厚

　　AlCuMg2铝合金热处理工艺

　　1、熔炼

　　AlCuMg2合金特点是含Mn，Mn是难熔金属，熔炼温度应控制在740-760℃。取样前均匀搅拌两次以上，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。搅拌后在铝液深度的中部、炉膛左右两侧各取一个样进行分析，分析合格后即可转炉。

　　2、净化与铸造

　　熔体转入静置炉后，用氮气和精炼剂进行喷粉、喷气精炼，精炼温度735-745℃，时间15分钟，精炼完后静置30分钟。通过此过程除气、除渣、净化熔体。　熔

　　铸时在铸模至炉口间有两道过滤装置，炉口有泡沫陶瓷过滤板(30PPI)过滤，铸造前用14目玻璃纤维丝布过滤，充分滤去熔体中的氧化物、夹渣。

　　三、典型物理性能

　　性能测试条件典型值

　　密度20℃2.78 g/cm³

　　弹性模量室温73 GPa

　　热膨胀系数20-100℃22.9×10⁻⁶/K

　　热导率25℃121 W/(m·K)

　　电导率20℃30% IACS

　　四、机械性能(T3/T351状态)

　　1. 标准性能

　　text复制代码硬度：HB 120-135   抗拉强度：420-470 MPa    屈服强度：290-330 MPa   延伸率：≥10%断裂韧性：30-35 MPa√m

　　2. 温度性能保持率

　　温度(℃)抗拉强度保持率(%)屈服强度保持率(%)

　　-50105103

　　25100100

　　1008580

　　1506560

　　五、热处理工艺规范

　　1. 标准热处理

　　固溶处理：

　　温度：495±5℃

　　保温时间：30min/25mm厚度

　　冷却速率：>100℃/s(水淬)

　　自然时效：

　　T3状态：室温时效96h以上

　　T351状态：预拉伸1-3%后自然时效

　　2. 特殊处理工艺

　　人工时效(T6)：

　　190℃×12h

　　强度提高但韧性下降

　　形变热处理：

　　冷变形量：5-7%

　　时效参数：160℃×18h

　　可获得强度提升约8%

　　六、主要应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机机身蒙皮

　　机翼下壁板

　　航天器燃料箱

　　直升机旋翼部件

　　2. 军事装备

　　装甲车辆防护板

　　导弹结构件

　　雷达天线支架

　　军用运输设备

　　3. 高端运输

　　赛车底盘构件

　　高铁车体结构

　　高性能船舶部件

　　赛车车轮轮毂

　　七、焊接技术要点

　　1. 焊接工艺限制

　　text复制代码可焊性评级：差(不推荐熔焊)推荐连接方式：- 铆接(优先)- 胶接(结构胶)- 搅拌摩擦焊(FSW)- 电子束焊(真空环境)

　　2. 焊接接头性能

　　性能母材(T3)FSW接头铆接接头

　　抗拉强度(MPa)450380420

　　屈服强度(MPa)310280300

　　延伸率(%)1068

　　八、耐腐蚀性能

　　1. 腐蚀特性

　　腐蚀类型测试标准评价结果

　　晶间腐蚀ASTM G110敏感(需防护)

　　应力腐蚀ASTM G47K₁scc=18 MPa√m

　　剥落腐蚀ASTM G34敏感等级EB

　　2. 防护措施

　　包铝处理：

　　厚度：板材每面5-10%总厚

　　材料：纯铝或Al-1%Zn合金

　　表面处理：

　　阳极氧化(硬质氧化20-50μm)

　　铬酸盐转化涂层

　　环氧底漆+聚氨酯面漆系统