2e12铝合金高温性能研究

2e12铝合金高温性能研究

2e12铝合金是al-cu-mg系的高强度铝。它是在2A12合金的基础上,通过降低Fe、Si、杂质元素的含量而进行改善合金的断裂韧性、疲劳和抗应力腐蚀性能的新型铝合金。该合金的主要强化相是S(Al2CuMg)相和θ(Al2Cu)相,而2A12铝合金中Fe、Si杂质含量高,易与Cu,Mg,Mn等合金元素形成MgSi2和Al7Cu2Fe等脆性难容化合物,同时这些化合物多去了合金中的Cu,Mg元素,减少了合金强化相S,θ的数量,致使时效强化效果下降,在动载荷下,制品优先在这些脆性化合物处产生裂纹源,使材料发生脆断。本研究采用TEM显微组织分析和DSC差示扫描量热分析法,确定了2E12铝合金铸锭的均匀化温度和固溶处理温度。塑性图是金属或合金的塑性在高温下随变形状态和加载方式而变化的综合曲线图,金属或合金的塑性图能够给出金属或合金的最高塑性的温度范围,它是确定热轧温度的主要依据。塑性图不能反映出热轧终了时金属的组织与性能,因此,还必须依据第二类再结晶图确定热粗轧终了温度。本工作研究了2E12铝合金铸锭在不同温度下的力学性能和不同温度不同变形量下的塑性,为制定2E12铝合金轧制温度制度提供了重要的依据。1材料和实验方法1.12a12铝合金悬浮液的燃烧温度的确定1.1.1差示扫描量热分析dsc实验选用260mm×320mm×55mm的半连续铸锭,切取条状试样块,进行过烧实验。另取规格为ϕ5mm×(0.5~1)mm试样进行DSC差示扫描量热分析。2E12,2A12铝合金试样的化学成分如表1所示。1.1.2过烧过程以及含量测定对于2E12铝合金的轻微过烧,在常规力学性能上很难反映出来,但用扫描电子显微镜进行组织观察却能十分清楚的反映出来变化。另外,铝合金的过烧是一个吸放热过程,DSC实验是将试样和参比物处在以一定速率加热或冷却的相同温度状态环境中,记录下试样和参比物之间建立零温差时所需要的能量,并对时间或温度作图。当该合金达到过烧温度时,DSC曲线上会出现一个明显的吸热峰。本研究采用扫描电子显微镜进行显微组织分析和DSC差示扫描量热分析法对2E12铝合金铸锭的过烧温度进行了测定,从而确定其合理的均匀化温度和半成品的固溶处理温度。1.1.3水淬炼时间铸态试样过烧实验在空气炉中进行,将实验分别加热到490,495,500,505,507,510,515,520℃,保温20min后水淬,转移时间少于10s。DSC实验是将实验样品(ϕ5mm×0.5~1.0mm)放入DSC2010型差热扫描量热仪的坩锅内,从室温以10℃/min的加热速率加热到550℃,测定热流随温度的变化曲线。1.1.4混和酸腐蚀试验将规格为15mm×15mm×15mm的试样经抛光后,用混和酸(HF:1.0mL,HCl:1.5mL,HNO3:2.5mL,H2O:95mL)腐蚀20s。1.2对十二烷基硫酸钠的高温性能的研究1.2.1高温拉伸性能实验对于2E12铝合金,本研究在YH630-T压机上进行高温压缩实验和在实验机上进行高温拉伸性能实验,从而绘制该合金的高温塑性图,为轧制温度制度的制定提供重要依据。1.2.2高温压缩塑性实验敦粗实验是将ϕ18mm×35mm试样分别加热到150,200,260,300,350,400,450,500,520℃并保温20min,按照不同的压缩率45%,50%,55%,60%,65%,70%,80%,90%进行敦粗实验,研究该铝合金的高温压缩塑性。高温拉伸实验是在铝合金铸锭上取样加工成的高温性能试样,分别加热到200,260,300,400,430,470,500℃进行高温拉伸性能实验,测量其抗拉强度、屈服强度和延伸率,研究该铝合金的高温性能。2结果2.121.12铝合金燃烧温度的研究2.1.1铸态组织中低熔点共晶相图1为2E12铝合金铸态试样的DSC曲线,可见加热到507℃时曲线上出现一个明显的吸热峰,说明该温度下铸态组织中的低熔点共晶相熔化,此时已经开始发生过烧;在525℃时曲线上出现一个更大的吸热峰,说明此时合金组织已经严重过烧。2.1.2过烧组织的发生从图2中可以看到,2E12铝合金铸态试样在500℃时未出现过烧组织,而507℃时开始发生轻微过烧。随着温度的升高过烧组织更加明显,510℃晶界处加粗并开始熔化,515℃时晶粒明显长大过烧严重。2.22下量时材料的塑性从图3中可以看出,在150,200℃时进行的压缩试样形状呈现出腰鼓型,而且在大压下量时还出现裂纹;在300~520℃以后的压缩试样形状很好,在变形量达到90%还没有出现破裂的情况,该合金在此温度区间内的热塑性最高。图4说明该合金在300℃以后塑性明显升高,材料的屈服极限、抗拉极限已经很低。在300℃后进行轧制时材料的变形抗力较低。3讨论3.1铸锭均匀化的要求2E12铝合金DSC曲线上,在507.55℃时出现一个很大的热效应峰,资料介绍α+θ+S相的共晶熔化温度为507~515℃,该热效应峰是合金相的熔化导致。从扫描电镜的组织观察中可以看到507℃时,在晶界处出现少量的过烧组织,从而证明该合金的过烧温度为507℃。硬铝合金由于在铸造过程中易形成非平衡相组织,产生晶内及晶间成份偏析,以至它们的工艺性能不好,热轧易开裂,板带制品性能不好且不均。为此,铸锭在轧制前要进行均匀化处理。均匀化通常温度高于0.9~0.95T(绝对熔点),但又低于共晶温度以下5~40℃。根据以上原则和铸锭的过烧温度为507℃的实验结果,从而确定且2E12铝合金的均匀化温度为485~495℃。铸锭均匀化时间除了与均匀化温度有关,还与合金本性以及厚度有关,非平衡相在固体中溶解的时间(T)与铸锭厚度(h)之间有下式经验关系:T=12~20h√Τ=12~20h。2E12铝合金板材热处理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够保证溶质元素尽可能的溶人基体,又不引起过烧及晶粒长大的温度。鉴于前面探索到的2E12铝台金的过烧温度为507℃,固溶处理温度范围定在497~502℃。在固溶处理的过程中必须严格控制加热温度,以免过烧。3.2u2004热压制度实验证明2E12合金的塑性很好,在260℃之后的2E12铝合金压缩率达90%仍无明显裂纹。在300℃时,铸锭的力学性能σ0.2,σb,δ5分别为:74MPa,44MPa,58%。铝合金的热轧温度制度包括:开轧温度和终轧温度。理论上热轧开轧温度取合金熔点的0.85~0.9,即2E12铝合金的开轧温度取值范围为:430~460℃;终轧温度的制定,依据塑性图的同时还必须根据第二类再结晶图确定终轧温室。终轧温度要保证产品所要求的性能和晶粒度。温度过高晶粒粗大,不能满足性能要求,而且继续冷轧会产生轧件表面桔皮和麻点等缺陷,终轧温度过低,能耗增加,再结晶不完全导