新型耐热铝合金al-cu-mg-ag挤压棒材过烧温度的研究

新型耐热铝合金al-cu-mg-ag挤压棒材过烧温度的研究

几十年来，通过合金化设计和变形加热法，人们在航空工具应用的领域开发出了一系列能够用传统的冶金精炼方法制备的高强度铝合金。主要是通过在Al-Cu-Mg系合金中,添加Ag、Ti、Zr等微量过渡元素和稀土元素,改善合金的力学性能和抗腐蚀性能。尤其是国外提出的一种新型Al-Cu-Mg-Ag合金已经从强化机理的研究进入了实际应用的开发。英、法两国为下一代超音速协和飞机联合开发的Al-Cu-Mg-Ag系列合金,其耐热性能要比现在使用的2618、2124等铝合金优异得多,可以满足下一代超音速飞机以及超音速巡航导弹的使用要求。该系列铝合金有着广阔的应用前景,美国、欧洲等国都在加紧开发。在国家“973”项目的资助下,经过大量的试验研究,研究出了一种性能优异的Al-Cu-Mg-Ag合金,并对其组织和性能进行了详细的研究,以期在实际生产中得以应用。热处理制度是决定合金制品性能的关键工艺,而确定合金的过烧温度,则是制定合理的合金半成品固溶处理温度的重要依据。为此采用了显微组织分析、DTA分析等方法,确定了合金的合理固溶温度、过烧温度,并分析了固溶温度对组织性能的影响。1材料和分析方法的实验1.1超导体器材料实验材料为挤压的《30mm×200mm的Al-Cu-Mg-Ag棒料合金,合金名义成分(质量百分数)为:4.3Cu,0.8Mg,0.6Ag,0.2Zr,0.2Ti,其余为Al。1.2固溶过程分析对于轻微的过烧,常规力学性能对其不敏感,而最敏感的腐蚀性能和疲劳性能在日常生产中检验又不方便,但显微组织却有十分明显的变化,因此,国内外有关标准均规定,采用显微组织分析是检验变形铝合金过烧的唯一方法。本研究即采用该方法对Al-Cu-Mg-Ag合金挤压棒材过烧温度进行分析,从而确定合金半成品固溶处理温度。DTA差热分析用来分析研究合金中各种相的熔化温度及合金的熔点。可以初步估计合金中低熔点相的熔化温度,进而估计固溶温度的范围。棒料在盐浴炉中进行固溶处理,加热温度分别为520、525、530、535℃。保温时间为2h。到温放入,到时取出,室温水淬。处理后的挤压棒材沿纵向切取10mm×10mm×3mm的金相试样,试样经抛光后,用混和酸(HF:1.0ml,HCl:1.5ml,HNO32.5ml,H2O:95ml)进行腐蚀。用NEOPHOT21金相显微镜观察各试样的金相组织。对于金相观察后的试样,进行SEM扫描分析。拉力试验在岛津AG-100KNA试验机上进行,采用圆柱拉伸试样,应变率1×10-4s-1,测试合金的抗拉强度(σb)、屈服强度(σ0.2)及延伸率δ,各个试样采用3个样品,取算术平均值。2结果与分析2.1低熔点相及熔喷碳的制备在进行固溶处理之前,切取少量棒料做DTA实验,结果见图1,以确定低熔点相熔化温度范围,从而大致估计固溶范围510～535℃,同时测定合金的熔点为612℃。2.2固溶过程及分析对不同温度固溶处理后的金相试样观察表明,低于515℃固溶处理后,可以观察到典型的挤压棒材组织结构,组织成纤维状分布,晶粒呈现不规则挤压碎裂状态,同时存在大量的未固溶黑色物质,SEM分析表明主要为CuAl2、、Al2CuMg,见图2a。合金525℃固溶处理后,其晶粒沿压挤方向生长,化合物基本固溶,剩余化合物细小,并沿压挤方向成行排列,具有较强的方向性,没有发现过烧迹象,见图2b。530℃固溶后,可以观察到晶粒长大,CuAl2、Al2CuMg基本溶解与525℃处理状态相似,见图2c。同时在高倍下发现晶界局部粗化、变黑,这是由于在晶界与局部地区存在的低熔点共晶体熔化的结果,见图2d。另外还可以找到少量的复熔共晶球,这是因为固溶温度超过低熔点共晶体的熔点时形成液相,由于表面张力的作用使液相收缩成球状,冷却下来就在组织中形成小圆球,从这里可以判断材料发生轻微过烧,见图2e。535℃固溶后,可以明显看到大量的复熔球及严重的晶界过烧,这是在严重的过烧时出现的特征。在三个晶粒交界处的局部熔化过烧连接起来,三角晶界内部亦存在复杂结构,见图2f、g。2.3固溶温度对晶粒长的影响合金淬火加热温度是影响固溶处理的主要因素之一,最佳的淬火加热温度是既能保证溶质元素尽可能的溶入基体,又不致引起过烧及晶粒长大,鉴于前面的实验该合金的过烧温度为530℃,固溶温度定在515～525℃。选择515、520、525℃进行验证。2.4固溶温度对合金力学性能的影响为进一步验证合金的固溶处理温度,取4C的挤压棒材分别在515、520、525℃加热,保温2h固溶处理后进行室温拉伸试验。实验结果见表1。当固溶温度为515℃时,合金的力学指标偏低,达不到要求,当合金的处理温度为520、525℃时,力学指标达标,且合金在525℃处理后力学性能略好于520℃处理后的力学性能。通过进一步验证可以确定合金棒材的固溶处理温度为520℃～525℃。3cumg-nfd的固溶增强(1)随固溶温度的升高,Al-Cu-Mg-Ag合金组织中的CuAl2及Al2CuMg