微合金化对alcumg基耐热铝合金的显微组织和力学性能的影响

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1、上海交通大学博士学位论文微合金化对Al—Cu．Mg基耐热铝合金的显微组织和力学性能的影响摘要传统的A1．Cu-Mg系耐热铝合金(如2618，2219系)已被广泛应用于航空航天工业等领域，但其使用温度不超过200℃，难以满足新一代高速飞行器、推进器等结构部件的要求。目前，国内外已采用粉末冶会法(包括快速凝固、喷射沉积)研制了A1．Fe．V-Si系耐热铝合金，具有较好的高温性能，但加工性能、制备工艺等仍有待于改善。本文拟采用铸锭冶金(铸造+形变热处理)工艺，通过微合金化的途径提高传统A1．Cu．Mg系合金的力学性能，以其接近于粉末冶金耐热铝合金。本文以A1．Cu

2、．Mg三元合金为基础，采用维氏硬度(HV)、拉伸性能测试、光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、差热分析(DSC)及透射电子显微镜(TEM)等分析手段，研究了Cu、Mg、Ag、Ti及稀土(o对合金的显微组织与力学性能的影响，并探讨了微合金化的机制。在／。1．Cu．Mg合会中添加微量Ag，经过固溶淬火并时效处理后，合金的抗拉强度(ob)得到较大的提高。含Ag合金的室温强度和高温性能明显优于传统的2618及2219系耐热铝合金。Ag的微合金化一定程度上抑制了基体合金中GP区的析出，改变了合金的人工时效过程，合金

3、的强化析出相由片状Q相和少量的臼7相组成。由fnAg、Mg及淬火空位之间的强烈相互作用，使Q相在基体的{111)口面上形核。Q相与基体共格，其位向关系为：{00l}Q／／{111)口：[olo]Q／／[101】口及[1001Q／／[1i11口。在300℃以下保温处理时，Q相的热稳定性高于p7相：超过此温度后，Q相变得亚稳定，并最终转变为矽相。含Ag的趟一Cu．Mg合金的人工时效过程可表示为：口。、一Q+口7(少量)一Q专9。增加Cu、Mg含量，可以提高含Ag的Al·Cu—Mg合会的强度，促进Q相的析出。少量Ti的添加，影响了A1．Cu．Mg．Ag合金的显微组

4、织与力学性能。添加0．25---上海交通大学博士学位论文0．6wt．％Ti，合金的抗拉强度有明显的提高。在室温至300"C范围，超过了喷射沉积法制备的舢．Fe．v_Si系耐热铝合金，与快速凝固粉末冶金法制备的趾．Fe。V．Si系耐热铝合金(如FVS．0812及FVS-1212)相当，但本研究中铸锭冶金法制备的铝合金具有／jnT性能好、工艺简单，性能稳定等优点。少量甄的添加细化了合金的晶粒，加速了Q相的析出并使之更细小，提高了其析出密度和高温热稳定性。含Ti合金的高温性能的提高是由于细小而稳定的Q相的沉淀硬化与细小的A13(Zr。Ti)x颗粒的弥散强化共同作用

5、的结果。稀±Ce的微合金化也使AI—Cu-Mg—Ag合金的力学性能进一步得到了改善。在室温至250"C，含Ce合金的拉伸性能优于喷射沉积及快速凝固粉末冶金A1．Fe．V-Si合金，在300℃，与这些合金的性能相当。Ce的微合金化使合金的晶粒细化，促进了合金中的主要强化相(Q相)的析出，细化了其尺寸，提高其析出密度与高温热稳定性。含Ce合会的室温及高温性能的进一步改善是由于细小而稳定的Q相的沉淀硬化与细小的稀土化合物的弥散强化共同作用的结果。通过成份及变形工艺的优化，制备了高强耐热的棒材、板材及管材。在室温至250℃，板材和管材合金的室温强度与高温性能均明显高

6、于2618、2219及FVS．0812耐热铝合金。棒材合金在室温至350℃范围内，抗拉强度超过了喷射沉积法制备的A1．Fe．V-Si系合金，与快速凝固粉末冶金础．Fe．v．Si系合金相当。通过拉伸测试，首次观察到轧制态的A1．Cu．Mg-Ag合金板材在450,--．,520"C表现出的超塑性现象。合金显示出超塑性现象。在变形速率为5×104sd及变形温度为500"C时，获得320％的延伸率。显微组织研究表明，超塑性变形是由于晶粒的不断拉K引起的，这与传统的晶界滑移超塑性不同，从而提出了一种设计超塑性合金的新途径。关键词：A1．cu．Mg基合金，耐热铝合金，微

7、合金化，时效，显微组织，力学性能ANINVESTIGATIoNoFTHEMICROALLoYINGEFFECTSONTHEMICRoSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFAI—·Cu-·MgBASEDHEAT-RESISTANTALUMINUMALLOYSABSTRACTTheconventionalA1一Cu-Mgbasedheatresistantalloyssuchas2618AIand2219A1seriesarewidelyusedforaeronauticandastronauticindustries．Theyar

8、eA1一Cu-Mgbasedandprocessed