Al—Cu—Mg—Mn合金时效热处理和组织性能探究

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1、Al—Cu—Mg—Mn合金时效热处理和组织性能探究【摘要】通过室温拉伸性能测试、硬度测试、TEM电镜分析，本文研究了不同时效工艺对Al-4.20Cu-l.50Mg-0.60Mn合金冷轧板组织与性能的影响及相关变化规律。结果表明：所研究合金较适宜的时效工艺为170°C/20h,合金主要的强化作用来源于S'过渡相的析出强化。【关键词】Al-Cu-Mg-Mn合金时效力学性能微观组织时效成形(CreepAgeForming,CAF)是一种新型铝合金成形加工方法，其在航空航天领域有较好的应用前景。该工艺通过将人工时效与加工成形相结合，利用铝合金在弹性应力

2、作用下于一定温度(人工时效温度)时发生蠕变变形，得到具有一定形状的结构件，同时利用时效处理得到铝合金所需的性能[1-3]o欧美国家已将时效成形技术应用到飞机制造过程中，但是国内对机翼翼面等曲面板形构件采取的仍是传统的冷滚弯技术，在时效成形技术及相关材料的研究方面还比较落后。为此，本文重点对Al-Cu-Mg-Mn系合金的固溶、时效热处理工艺进行了探讨研究，并对实验结果进行了理论分析和讨论。1材料与实验方法1.1实验材料实验合金的主要成分见下表l-lo合金按表中成分设计在300Kg电炉中进行熔炼，2T铸造机上铸造，铸锭规格为100mmX200mm的

3、方铸锭，低倍检查后进行均匀化退火，然后轧制成板材。试验用料淬火后，即可进行时效成形等处理。1.2实验方法参考与本合金成分相近的固溶处理制度[4],时效待定温度初定为150、170、190°C,这时时效时间通常取20ho在研究时效工艺对合金硬度的影响时，也取不同时间做对比分析。通过硬度试验、力学性能实验和合金的显微组织分析,从而确定合金适宜的时效温度和时效时间。时效工艺实验方案见表2。2实验结果与分析2.1时效工艺对合金组织性能的影响及分析2.1.1时效工艺对合金硬度的影响图1为合金经490°C/40min固溶处理后，不同时效状态下的时效硬化曲线

4、：时效初期，硬度普遍升高，19(TC的升高最快，随时效时间的延长，硬度都达峰值后再下降；15CTC和17(TC都在20小时附近达到峰值，17CTC峰值最高(118.6HV)O190°C时，峰值提前到4h,峰值较低。合金较适宜的时效处理工艺应为17(TC/20h。2.1.2时效工艺对合金组织性能的影响合金冷轧板在不同温度(150、170、190°C)和不同时间(4、20、28h)下时效处理后的拉伸力学性能见下图2。可见：随时效温度升高，ob线性缓降，o0.2±升到17(TC达到最值后变化不大，6则随温度升高一直下降；随时效时间延长，ob变化不大；

5、。0.2线性上升；§先下降,20h后不再变化，综合考虑，合金较适宜的时效工艺为170°C/20ho图3(a)和(b)分别为合金在不同温度(150、170、190°C)与不同时间(4、20、32h)下时效处理后的TEM显微组织图。由图3(a)可知：15(TC时，合金只有少量短棒状T相;17(TC时，T相长大，数量增多，晶内析出细小针状S，相，晶界有链状的平衡S相出现；19(TC时，T相继续增多，尺寸增大，S'相均匀、弥散分布，尺寸也长大、变粗，晶界处平衡相也增多；图(b)可知：17(TC/4h时，合金中也只有少量T相析出；17(TC/20h时，合

6、金析出S'相，T相也长大变粗，晶界有链状平衡相析出；17(TC/32h时，S'相均匀、弥散分布，尺寸长大、变粗。2.2时效处理工艺分析时效强度的变化主要由以下因素引起：(1)固溶体的贫化；(2)基体的回复与再结晶；(3)新相的析出。时效初期合金组织的变化主要由GP区的回溶和过渡S'相的析出长大引起；随着时效时间延长，过渡Sz相长大并弥散分布，其与基体保持半共格关系，所以，均匀分布的GP区加上均匀弥散的过渡相能使合金获得较好的强化效果；继续升高时效温度或延长时效时间，过渡相长大粗化，转变为平衡S相，与基体失去共格关系，合金达到过时效状态。3结语(

7、1)合金经49(TC/40niin固溶处理后进行冷水淬火，预拉伸2.5%,于15(TC、170°C.190°C温度下时效均具有一定时效硬化特性，17(rc时效时获得最大硬度118.6HV；合金适宜的时效工艺为：17(TC/20h。在此工艺条件下，合金的抗拉强度和屈服强度分别为334MPa和285MPa,延伸率为11.4%。(2)S'相是Al-Cu-Mg-Mn合金主要的沉淀强化相。欠时效(150°C/20h)时，合金中只有极少量的S'相析出；峰时效制度(170°C/20h)下，合金中析出大量细小均匀且弥散分布的S'相，过时效时，合金中S'相转变成

8、平衡的S相，合金的力学性能降低。参考文献：[1]王昌臻.2124铝合金热处理制度与腐蚀行为的研究.中南大学硕士论文•湖南长沙.[2]周昌荣.含铳Al-