10148石油化工-应用物理学专业综合评价支撑材料8.2十名优秀校友简介

第34 增2013 6

l．34 013热处理工艺对 合金微观组织与尺寸稳定性的影 私1，王晨充2，姜龙涛2，2，(1辽宁石油化工大学机械，辽宁抚 2哈尔滨工业大学材料科学与，黑龙江哈尔 要:采用冷热循环热处理工艺(改变的T7热处理工艺)来调整2A12铝合金显微组织从而提高其材料的尺寸稳定性。结果表明:该热处理方法与常见T6工艺T4工艺对比其铝合金的抗拉强度屈服强度微屈服强度都明显高于T6工艺15%更优于T4工艺。显微组织观察表明:经过深冷循环处理的铝合金材料的体积收缩使得材料内部产生了大量的位错和亚晶等铝合金晶粒没有明显再结晶回复同时强化相已完全转化为S’相相比T6工艺析出相析出更完全分布更加均匀从而提高其各种力学性能和尺寸稳定性。采用无负载条件下测试尺寸稳定性的结果表示:在相同条件下，T7工艺下比T4工艺下的尺寸稳定性提高了30%。:铝合金; 号:TG146. 文献标志码: 文章编号:10096264(2013)增0041Effectofheattreatmentprocessonmicrostructureanddimensionalstabilityof2A12aluminumalloyWANGXu1，2，WUSi1，WANGChen-chong2，JIANGLong-tao2，WUGao-hui2，JIANGDa-ming2(1SchoolofMechanicalEngineering，LiaoningShihuaUniversity，Fushun113001，China;2SchoolofMaterialsScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin:InfluenceofheattreatmentprocessofT4，T6andcryogenicthermalcyclingtreatmentaftersolutiontreating(modifiedT7)onmicrostructure，propertiesanddimensionalstabilityofa2A12aluminumalloywasvsgatd．TheresultsshowthatcomparedwiththenormalheattreatmentsT6andT4，thetensilestrength，yieldstrengthandmicroyieldstrengthofthealuminumalloycomealongwaybyT7，15%higherthanT6，andmuchmorethan4．Themicrostructureshowsthataftertreatedbythethermalcycletest(T7)，nosignificantrecoveryandrecrystallizationprocessareobservedin2A12aluminumls．Thegrainsdeflectedandtheneworientationsblockedthedislocationp．ThelavestransformedtoS’phasery．ComparedwithT6，themechanicalpropertiesanddimensionalstabilityareraisedbecauseofthelavesunderT7arecompleyprecipitatedanduniformlysrd．Thedimensionalstabilitytestedresultsshowthatthedimensionalstabilityof2A12aluminumalloytreatedbyT7is30%higherthan4．:aluminumalloy;thermocyclingheattreatment;microstructure;dimensional铝合金以其密度低强度高热加工性能好等优点一直是航空航天新型轨道交通装备制造业等众多领域中常见的最主要结构材料1］。铝合金采用铸造粉末冶金电磁搅拌和喷射成型等技术锭、板棒等材料再通过热加工方法如:轧制挤压锻造等技术加工出所需的各类产品并通过时效热处理来调整合金强韧化特性。由于各系列合金的化学成分、熔炼和凝固方式加工工艺及热处理制度不同铝合收稿日期:201201 修订日期:201303基金项目 辽宁石油化工大学校科研创新基金(2011XJJ 王旭(1979—)，男讲师从事金属材料及金属基复合材料的研究10多篇，Email:wx @htl．com。

金的综合性能仍然有很大的差别［5-7］其中lug系合金以其高的比强度比刚耐候性等优良性能使得该系列的铝合金料于仪表及惯件现今对于高精度的惯性测量仪器仪表而选用的高强度铝合金时应满足在使役条件下，材料具有较高的尺寸稳定性及较低的残余应力这将对高加工过程及存放一段时间后零件的高精度的丧失的文曲小变化和高精度反射镜平面度的微小变化及 材料热处理学 第34高精度陀螺仪表的质心漂移等现象。这些诸多现象的背后研究人员均发现直接或间接与材料尺寸稳定性］。一般金属材料的在于尺寸稳定性研究时主要涉及材料的相稳定组织稳定及应力稳定等

60mm1所示1实验材料的化学成分质量分数Table1Chemicalcompositionofexperimental(mass0.0.4.1.0.＜0.余应力结果的推算分析等［11］212铝合金为研究对象通过分析不同热处理工艺对材料的微屈服强度屈服强度、。实验原材料为2A12铝合金热轧板其厚度为

13种不同热处理工艺下的工艺流程其中两种为典型的热处理工艺。图1(a)中T4工艺为:固溶温度495保温2h后空冷自然时效。图1b)中T6工艺为固溶4952h后空冷，190℃×8h时效。1(c)中T7新型深冷+急热循环交变的热处理方法工艺为固溶4952h后空冷，190℃×2h时效直接在在液氮(－196下进行急速冷却30min后连续循环4个回合。图12A12铝合金3种不同工艺下热处理工艺流程示意图(a)T4工艺 (b)T6工艺 (c)T7工g．1Schematicdiagramsofheattreatmentprocessforaluminumalloy2A12(a)T4 (b)T6 (c)T6本文采用连续加载法对材料的σ0.0001进行了测试 是引起材料产生10－6残余形变所对应的应力0.值。σ00001测试材料试样尺寸如2所示。续加载试验于室温下在Instron5569电子拉伸试验机上进试能直接测试出微屈服强度屈服强度抗拉强度十字头横梁的位移速0.5mmmin采用引伸计记录应力σ-应变ε)曲线引伸计标距为10mm传感器精106。参照精密仪表温度冲击的工作状态提出了交变温度下材料尺寸变化的实时检测的新方法较之前常见的残余应力测试法(只能间接推算结果)圆环开口法(测量精度不高时间周期长)测试方法更加合

22A12铝合金拉伸试样尺寸(g．2Tensilespecimenof2A12aluminumalloy(试样剩余长度累计循环若干次以后便可清晰地检测到材料的尺寸变化本试验循环温度为20～150℃条件下加热冷却速率为8℃/n循环15次在循环到20℃时保温25n后检测并记录试样长度测试精度可达到10－7具体流程如图3所示。冷热冲击过程中试样经不同次数的交变温度循环后其单位尺寸的变化量可用下式表示:理准确及快捷［12］。通过设定一定的变温速率和循

=Li－增 王旭等:热处理工艺对2A12合金微观组织与尺寸稳定性的影响 320℃～150℃之间冷热循环的温度时间曲线g．3Thermocyclingtestprocessforofmeasuringdimensionstabilityofaluminumalloy2A12式中Lo—试样在起始测试点(20℃)的尺寸Li—试样经i20℃测量时尺寸。寸变化规律可同时获得每次冷热循环后试样尺寸的变化量以及固定环次数下的尺寸变化总量从而可以更加方便直观地对材料的无负载的条件下尺寸稳定性进行评价。显微组织分析分别在ZEISS-40MAT光学显微

镜和PhilipsCM-12透射电镜(TEM)上进行。透射电镜的加速电压分别为120kV和200kV。TEM样品的减薄方式为:试样经机械加工减薄至0.1mm后，用电解双喷法制成透射电镜试样。电解双喷液化学成分为30%的硝酸+70%的甲醇。双喷液的工作温度为35工作电压为15V。图4为212铝合金3由图4晶在沿晶界迁移过程中正在因此，而。42A12铝合金沿轧制方向上经两种不同工艺处理后的显微组a)T4工艺;(b)T6工艺;(b)T7工g．3Opticalmicrostructureof2A12aluminumalloyinrollingdirectionafterdifferentheattreatments(a)T4;(b)T6;(c)T7图5为4673种工艺下的微屈服强度的变化其中图5(a)为3种工艺的拉伸曲线中的微屈服强度段的变化图图5(b)3种材料微屈服强度屈服强度的对比图。可见212合金通过6工艺处理后材料的微屈服强度屈服强度都较4工艺下的提高近100%而通过7工艺处理后其微屈服强度较6工艺又提高了15%其屈服强度较6工艺提高了10%。从微屈服强度屈服强度两方面均可看到材料的力学性能7工艺明显好于其它两种热处理工艺。即在相同条件下较高的微屈服强更有利于材料保持良好的尺寸稳定性7］。

图6所示为3种不同的时效热处理方式下212铝合金在20～150℃之间冷热冲击条件下的所显示的尺寸稳定性结果212铝合金分别经不同时效工艺处理后在冷热冲击条件下第一次第二次循环过程后3种状态的材料都发生了明显的变化但7工艺的变化量明显低于其它两种工艺随着后续循环过程增加三种工艺都没有明显的变化。分析结果可得经67处理后其尺寸稳定性都优于4工艺下的铝合金材料。采用7热处理工艺后较4工艺尺寸稳定性提高了33%较6工艺下尺寸稳定性提高了15%。 材料热处理学 第34图6 不同的热处理工艺下在20～150℃g．6Curvesofdimensionchangess．cyclingtimesof2A12aluminumalloyspecimencyclicallytreatedat20 150℃52A12铝合金轧制方向上3种不同工艺下的微屈服强度屈服强度(a)微屈服强度、屈服强度曲线图b)微屈服强度屈服强度对比图g．5Microyieldstrengthandyieldstrengthof2A12aluminumalloyinrollingdirectionafterdifferentheattreatments(a)stressstraincurves;(b)comparisonbetweenmicroyieldstrengthandyieldstrength

图7为212TTT7处理后的TEM显微织。图7(a)为经T4处后的的强化相相θ相并没有充分析出生长的很小且在基体中分布的均匀性很差。图7(b)为经过T6处S'相θ'中分布较T4工艺均匀7(c7(d)可见，T7处S'位错网络与同时又与θ'，。图72A12铝合金轧制方向上3种不同工艺下的TEM(a)T4工艺;(b)T6工艺;(c)T7工艺;(d)T7工艺g．7TEMimagesshowingmicrostructureof2A12aluminumalloyafterdifferentheattreatments(a)T4;(b)T6;(c)andd)T7从材料析出相的生长机理上分析:一般在金属材料内部存在大量位错时:一方面为析出相提供大量非均匀形核的有利场所还能缩短形核的孕育期加速析出相的形核过程;另一方面还将提升材料内部溶质原子的扩散率进一步加速析出相的长大。这两方面都将最终提高析出相的形核密度及长大速率。在本文中采用7工艺中冷热循环处理过程会造成铝合金材料内部晶粒取向的变化以及基体合金与析出相

之间呈现不同的热错配现象从而导致在材料的内部产生部分的微塑变使得基体合金中出现了较多的位］。这与陈鼎］研究深冷处理的影响规律时发现材料内部会发生晶粒的转动使得材料的比体积发生一定的变化使得材料内部产生了大量的位错和亚晶等在后续加热回复过程中材料更易于产生回复再结晶并形成了再结晶织构当受载过程中，大量的织构阻碍了部分位错的滑移开动最终导致材增 王旭等:热处理工艺对2A12合金微观组织与尺寸稳定性的影响 工艺微屈服强度分别提高了100%和11520～150℃

性T6T7热处理工艺较T4工艺分别提高33%铝合金尺寸稳定性的提高是由于大量脱溶沉淀相的析出这将利于阻碍位错开动以提高合金的微屈服强度。参考 PNeuhauen．．5［2］周明哲易丹青蔡金伶等．热对航空用2E12铝合金组织演变及疲劳性能的影响J．材料热处理学报，2011，32(1):49ZHOUMingzhe，YIDanqing，CAIJinling，etl．Effectofheatexposureonmicrostructureandfatiguepropertiesofaerial2E12aluminumy．J．TransactionsofMaterialsandTreatment，2011，32(1):49［3］LulayKE，KhanK，ChaayaDTheeffectofcryogenictreatmentson7075aluminumalloyJ．JournalofMaterialsEngineeringandPerformance，2002，11(5):4790．［4］斌潘清林肖艳苹等．时效工艺对AlZnCuMgScZr合金组织与性能的影响J．材料热处理学报，2011，32(8):47LIWenbin，PANQinglin，XIAOYan，etl．EffectofagingprocessesonmicrostructureandpropertiesofAlZnCuMgScZrJ．3［5］SrivatsanTS，LanningD，SonKKMicrostructureandtensilepropertiesandfracturebehaviourofanAlCuMgalloy2124J．JournalofMaterialsScience，1993，28(12):32053．［6］WangXF，SunDL，WuGHEffectsofaginginelectricfieldon2024alloyJ．TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina，2002，12(2)2836［7］王柯映林．深冷处理消除7050铝合金残余应力的研究J．浙江大学学报:工学版，2003，37(6):7481WANGQiucheng，KEYingn．Reliefofresidualstressesin7050aluminumalloybydeepcryogenictreatmentJ．JournalofZhejiangUniversity:EngineeringScience，2003，37(6):7481．［8］彭北山宁爱林莫亚武等2024铝合金组织和性能的影响J．轻合金加工技术2008，26(1)30PENGBeishan，NINGAilin，MUOYawu，etl．Effectsofsuperplasticpretreatmentonthemicrostructureandpropertiesof2024al