材料科学
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文章编号:1002-6886(2009)03-0085-02
时效工艺对新型高强度铸造铝合金组织和力学性能的影响
张德恩,卢锦德,张晓燕
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(1.贵州大学明德学院,贵州贵阳550004; 2.贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵州贵阳550003)
摘要:本文研究了时效工艺对新型高强度铸造铝合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,该合金在固溶工艺为550℃/10h时,经150℃/10h时效处理,有大量的θ″相析出,表现出较高的强度,σb达到469MPa;而经110℃/50h时效后,析出的θ″相向θ′相过渡,试样强度下降,表现出较高的塑性,延伸率δ.5%。5达到13关键词:铸造铝合金 微观组织 力学性能 时效工艺中图分类号:TG166.3 文献标识码:A
EffectsofAgeingTreatmentTechnologyontheMicrostructureofaNewHigh
StrengthCastAluminumAlloyStructureandMechanicalProperties
ZHANGDeen,LUJinde,ZHANGXiaoyan
Abstract:Thisarticlemainlyfocusesontheeffectsofageingtreatmenttechnologyonthemicrostructureofanewhighstrengthcastalu2minumalloyandmechanicalproperties.Theresultsindicatethatthealuminumalloywillprecipitateθ\"whenthesolidsolutiontemperatureis550℃/10h,thenaging150℃/10h,andshowsthatstrengthreachesσ.Butafteragehardeningtreatment110℃/50h,itwillprecip2b469MPaitateθ″andθ′andthestrengthwilldescend.Atthesametime,theelongationδ.5%.5maybegained13Keywords:castaluminumalloy;microstructure;mechanicalproperties;ageingtreatmenttechnology
0 前言
随着现代科技和工业的发展,航空、航天、航海、高速列车等交通运输业对高强韧结构材料的需求日益迫切,要求在保证强度的前提下尽量减轻重量与成本,以提高运载能力和
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速度,高强度铸造铝合金成为首选。为此,贵州大学研究
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开发了一种新型高强度铸造铝合金,它具有较高的强度,
[4-5]
同时具有较高的韧性。本文研究了在一定固溶处理工艺下,不同时效工艺对新型高强度铸造铝合金组织和力学性能的影响,并对其本质作某些解释和探讨。
113热处理工艺
固溶处理工艺为550℃/10h,水淬;时效处理工艺有两种,一种时效处理温度为110℃,保温时间为50h,另一种时效处理温度为150℃,保温时间为10h。
114试验测试方法
利用OLYMPUS光学显微镜分析微观组织,KYKY2800型扫描电子显微镜观察断口形貌,JEM-2000FX电子透射显微镜对合金微观组织进行观察,并进行电子衍射分析。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。
1 试验方法
111试验材料
2 试验结果及分析
对该新型高强度铸造铝合金的热处理状态主要有低温长时间时效和较高温变时效两种,一种时效处理温度为110℃,时间为50h;另一种时效处理温度为150℃,时间为10h。表1是新型铝合金在固溶处理工艺为550℃/10h后,两种不同时效状态下(110℃,保温时间50h;150℃,保温时间10h)的力学性能变化。
表1 不同时效工艺下合金的力学性能
时效温度(℃)
110110150150试验所用的原材料为:工业纯铝(99.7%),紫铜(99.9%),Mn剂(含锰粉75%,吸收率90%),铝稀土合金(含稀土10%),化学纯六氯乙烷C2Cl6(99.8%),用铝钛硼(含Ti5%,B1%)对合金液作变质处理。
112合金熔炼
采用8kW的电阻坩埚熔炼炉熔炼合金,先熔化纯铝,720℃时加入Cu、Mn剂进行熔化,依次按一定时间间隔加入Ti等合金元素及铝稀土合金,均匀搅拌。用六氯乙烷进行精炼处理,用量为炉料总重量的0.2%～0.7%,精炼时间10min,静置5min。出炉之前加入变质剂Al-Ti-B,搅拌均匀后浇注金属型试样,模具温度为280℃～360℃。
时效时间(h)抗拉强度σb(MPa)延伸率δ(%)
50501010319.14310440.7146913.5105.86.8 3基金项目:国家科技计划课题(编号:2007BAE09B00),中国铝业公司项目(编号:2005KJA05),贵州省科技计划项目(编号:2007-6003)。 作者简介:张德恩(1962-),男,副教授,陕西耀州人,主要从事:教学和新材料的研究与应用。 收稿日期:2009-3-2
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现代机械 2009年第3期
图2是不同时效状态下拉伸试棒断口的SEM形貌。
(a)图其断口上有准解理的撕裂棱,此外也有一些韧窝存在,但韧窝小而浅,因此该试样的塑性指标一般为6.8%。
(b)图则表现出明显的延性断裂断口特征。在两侧及中心部位有大量的韧窝以及长条韧窝存在,有些韧窝中还有第二相粒子和夹杂物的存在。在中心部位的图像呈准解理形态,但其中也有大量的小韧窝和长条韧窝相间,两侧则是延性断裂。长条韧窝是由于本合金中添加了大量的合金元素所生成的第二相所造成的。此试样的塑性较好,达到13.5%。
从表中的数据可以看出,两种时效状态下合金的力学性能有着明显的差异。150℃/10h时效比110℃/50h时效处理状态下合金的抗拉强度大幅度提高,由300多MPa提高到400多MPa,平均提高幅度达到30%;但延伸率大幅下降,平均下降幅度达到46.4%。
图1为合金在两种时效状态下的透射电镜照片。从(a)、(b)形貌像中可以看到两种时效状态下的微观组织中均排列着有序的细小片状析出物和分布杂乱、中心有些呈片状的比较粗大的析出物,这些析出物分别是θ″相和θ′相。(c)图是110℃/50h时效样的电子衍射花样。图中有两套衍射斑点,经标定此衍射斑点是θ″相和θ′相;(d)图是150℃/10h时效样的电子衍射花样。在图中可以标定出θ″相。
3 结论
1)在一定温度范围内,随时效温度的升高,合金达到最
高强度的时间缩短,强度峰值增加,延伸率则下降,低温时效的延伸率较高。因此,要求合金有较高塑性时,应采用低温、长时间时效处理;要求较高强度指标时,应采用高温较短的时间时效。
2)合金在150℃/10h时效处理下,位于时效进程的θ′′+θ′,以θ′′为主的区域,此时,合金具有很高的强度,抗拉强度达到469MPa;
3)合金在110℃/50h时效处理下,位于时效进程的θ′′+θ′,以θ′为主的区域,合金强度开始下降,但表现出较好的塑性,延伸率达到13.5%。
参考文献
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2李元元,郭国文,罗宗强等.高强韧铸造铝合金材料研究进展[J].特种
通过电子衍射可以判定110℃/50h时效试样中存在θ″
相和θ′相两种析出物,而150℃/10h试样中的析出物是θ″相,与微观组织像互相对应。150℃/10h试样中有大量的θ″相出现,因此该合金的试样表现出很高的强度,强度达到469MPa;而110℃/50h时效试样中的θ′相已出现的较多,试样
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强度下降,合金开始软化,表现出较高的塑性,延伸率达到13.5%。
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