多级时效对新型高强铸造铝合金组织和性能的影响.pdf

·82· 多级时效对新型高强铸造铝合金组织和性能的影响冰 祝向群，卢锦德 (贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550003) 0 一 l+i2o ℃ d I40 25_多 轰莳薮霉痒每l’该新 釜 岛裢 霜 蓦 纛窆 骂 蠢度 J牾5 瑚 延伸率 8．4％、 _ll ≯ I -| _ - l |ll 审图分类每jTGl56·92 ll爻献标镑璃A ll _囊釜鲡每 002 I5 f撕q -II)啦0够 。ll 。 _l ll 0前言 铝合金具有密度小、比强度高、较好的耐腐蚀陛能、易 于加工及回收利用等优点，因而被广泛地应用于各行各 业。尤其是高强度铸造铝合金被应用于航空航天等高精 尖领域。由于现代科技和工业的发展，对高强铸造铝合金 的需求量越来越大，同时对其综合性能的要求也越来越来 高 。如何开发研制新型高强度铸造铝合金满足不同 行业的需求，是一个迫在眉睫的问题。项目研发的新型高 强铸造铝合金，去掉了常规高强度铸造铝合金中常用的 V、Ag、Be等贵重金属，以Cu为主要合金元素，同时加入了 Mn、Cr、Ti、B等及稀土元素。其强韧性好，价格便宜。经 合理的热处理工艺，该新型高强度铸造合金已经获得了优 良的综合性能 ，具有广阔的市场前景。而且其热处理工 艺为提高高强度铸造铝合金的强韧性开拓了一条有效的 途径，对指导实际生产具有重大的现实意义。 I实验方法 1．1实验材料 本实验采用的原材料为：工业纯铝 (99．7％)、紫铜 cu(99．9％)、Mn、A1—10RE中间合金，A1—5Ti一1B中间 合金，精炼剂，化学纯C C1 (99．5％)。 1．2熔炼方法 采用48 kVA中频感应加热炉熔炼和8 kW电阻加热 炉精炼。先熔化纯铝，再分阶段加入合金元素并搅拌均 匀，达到合金化后，在750 cI=精炼，加入精炼剂后静止5 min ～10 min，再加入c：c1 除气后静止5 min～10 min，最后在 760℃浇铸成圆形试棒。 1．3热处理工艺 热处理工艺如图1。 一 一 赠 时间(h) 图1 热处理工艺示意图 1．4测试方法 在WDW3100型微机控制电子万能试验机上测定合 金材料的强度和塑性指标，利用OLYMPUS光学显微镜分 析微观组织，JEM一2000FX透射电镜对合金微观组织进 行观察。 2实验结果和分析 实验采用两种热处理工艺，实验结果如图2。 由图2可看出，多级时效的强度or 在480 MPa～490 MPa范围、塑性 在7．9％-9．2％范围，平均强度 = 485 MPa、塑性 =8．4％；常规时效的强度 在450 MPa ·83· ～460 MPa范围、 塑性 在4．2％ -6．0％范围，平 均强度454 MPa、 塑性5．0％。表 明多级时效工艺 对该新型合金的 性能有明显的提 图2多级时效合金和常规时效合金 的强度和塑性 高，平均强度or 提高7％、塑性6 提高67％。 2．1金相分析 图3、4分别是多级时效(100 oC×10 h+120℃X 10 h +140 oC×25 h)和常规时效(140℃x25 h)的光学金相照 片。 从图3可看出，多级时效后晶内析出大量弥散细小均 匀分布的第二相质点，晶界析出相也很小，呈椭圆形颗粒 状；从图4可看出，常规时效后晶内析出相分布(与常规时 效相比)不够均匀。晶界形成的析出相数量多，且呈断续 的网状形态分布。 图3 多级时效光学金相照片 图4 常规时效光学金相照片 500× 500× 2．2多级时效的透射照片分析 从图5可看出，低温预时效过程后，仅基体中有大量 均匀地分布的G．P．区(即富铜区)，呈圆盘状的黑色析出 物。 从图6可看出，终时效后，Ot基体中有细小且分布均 匀的黑色片状物，即为0 相和0 相。e”相的形貌和G．P． 区相似，与母相保持完全共格，尺寸较G．P．区大，故在其 周围产生更强的衍射效应。0 相与基体部分脱溶，与母相 保持部分共格，可见到局部较明显的应变区。 3讨论 该合金为 一cu系合金，脱溶的一般顺序为：G．P． 区—帕，，-一0 一e(A1，Cu) 。根据G．P．区的形成机制，G． P．区与 基体保持完全共格，表面能低，形核功小，只需提 供很小的能量G．P．区就能够在仅基体中均匀形核 。 多级时效过程，预时效温度较低，足以提供G．P．区在 Ot基体中均匀形核所需的能量，使得G．P．区在 基体中 呈弥散分布(图5)。终时效温度升高，e 以G．P．区为基 底形核，所以在 基体中析出大量弥散细小的第二相质 点(图3)，使该新型合金具有较高的平均强度(cr6：485 MPa)和塑性(6 =8．4％)。 图5预时效后的TEM照片 图6 终时效后的TEM照片 常规时效过 程(140℃×25 h)，温度较高(图 7)，e 相不以G．P． 区为核心，而直接 在 基体中有缺 陷的地方优先形 核(即非均匀形 核)长大。所以晶 内的析出相尺寸 较大，数量较少，分 布也不均匀，而且 晶界也析出粗大 的组织(图4)。使 图7 Al—Cu状态图中G．P．区及介稳 相0 和0 溶解度线 得合金的强度or 和塑陛6 比多级时效要低。 4结论 1)多级时效(100 c《=×10 h+120 c《=×10 h+140℃× 25 h)使该合金的性能较高，平均强度 =485 MPa、塑性 =8．4％，比常规时效(140 c【=×25 h)的平均强度or 提 高了7％、塑性 提高了67％。 2)多级时效后 基体中的析出相比常规时效的明显 要弥散细小，且均匀分布于 基体中(图3、4)，所以多级 时效合金的强塑f生超过了一般常规时效(图2)。 参考文献 [1]宋仁国．高强度铝合金的研究现状及发展趋势[J]．材料导报， 20O0，Vo1．14(1)：20-21 [2]吕杰，刘伯操．高强度铸造铝合金[J]．铸造，20O0，49(2)：66-70 (下转第94页) 曼 堕墨 ～一