ly12合金的热处理及组织性能

ly12合金的热处理及组织性能

丽12合金是al-cu-mg系统的一种广泛使用的变形铝。它具有良好的强度和加工性能，在航空、航运、雷达等行业得到了广泛应用。LY12合金中固溶相的固溶温度与α(Al)+S(CuMgAl2)+CuAl2三元共晶温度十分接近,因此,具有强烈的温度敏感性。LY12合金的上述特点使其对淬火加热温度的确定及测温、控温提出了非常严格的要求。淬火温度偏低,往往使力学性能达不到技术要求;淬火温度偏高,又很容易过烧,而一旦过烧,淬火零件即为废品。我厂LY12合金板材零件在热处理时,为防止出现过烧现象,一般先用试样测试炉温,而且反复多次。即使这样精心控制的炉温,也曾使工件出现过烧的现象。为探索不同淬火温度和加热时间对LY12合金组织及性能的影响,及LY12合金的过烧起始温度,特进行了如下试验。1试验材料和方法1.1铝板式金相组织选用厚度为2mm退火态的LY12包铝板材,其原材料抗拉强度σb为167MPa,伸长率δ10为19.9%,金相组织见图1,化学成分见表1。1.2力学性能测试将板材加工成标准的拉伸试样。试样在C-50硝盐炉中加热保温,用电位差计控温。加热温度分别为480,490,502,505,508,515,525和540℃;保温时间为6,12,24和48min,随后试样出炉淬水,再经96h自然时效后,测其抗拉强度和伸长率。金相试样均采用1%HF+1.5%HCl+2.5%HNO3+95%H2O混合酸溶液侵蚀,然后在显微镜下观察试样的金相组织。2试验结果与分析2.1共晶组织的变化试验结果示于图2～9中。从图2可看出,淬火温度低于共晶温度时,LY12合金的抗拉强度和伸长率随着温度和加热时间的增加而增加;当超过共晶温度(502℃)后,其抗拉强度和伸长率迅速下降,这是因为超过共晶温度其组织发生过烧,削弱了晶界间结合,当淬火时突然冷却,温差过大而导致产生极大脆性的结果。在480℃和490℃淬火时,二元共晶中的CuAl2和三元共晶中的S相(CuMgAl2)和CuAl2相开始固溶(见图3)。在498℃淬火时,二元共晶中的CuAl2的固溶越明显,组成相的含量比低温时相应减少,相边界变得圆滑(见图4和图5)。在502℃淬火时,强化相减少,出现了轻微过烧组织(见图6和图7)。随着温度的继续升高,固溶更加充分,主要强化相显著减少,组织发生了明显变化,合金中出现了共晶体和局部晶界复熔及液相球和过烧三角形。淬火温度愈高,过烧特征愈明显(见图8和图9)。2.2结果分析2.2.1对合金力学性能的影响从图6和图7可知,在502℃淬火后,组织出现轻微过烧,但从图2可看出,在此温度淬火后合金的力学性能最高。尽管此时S(CuMgAl2)相固溶得相当充分,CuAl2相也已明显固溶,但合金基体强化作用还是主要的,故合金的力学性能非但未降低,反而有所提高以至达到峰值。当晶界出现明显的粗化和过烧三角形时,力学性能才明显下降。性能滞后于组织的原因是LY12合金是时效强化合金,淬火温度愈高,淬火后时效强化效果就愈好。如果保温时间短,强化相溶解不充分,虽然超过三元共晶温度,但合金仍未达到饱和限。因此,轻微的过烧,不但不降低板材的抗拉强度和伸长率,而且使其有所升高,但其疲劳性能有所降低。只有出现明显过烧时,其力学性能才明显下降。当加热至525℃,保温6min和12min时,CuAl2相得到充分固溶,并析出硬而脆的强化相,引起沉淀硬化,从图2中可看出LY12合金再次产生硬化,抗拉强度出现第二个峰值。因此,LY12合金淬火后必须进行金相组织检验。2.2.2加热温度对ly12合金过烧组织的影响LY12合金热处理的目的是获得过饱和的铝基α固溶体,加热保温是使强化相S(CuMgAl2)和CuAl2相充分固溶,在淬火后的自然时效过程中析出弥散强化相,从而获得良好的力学性能。加热温度愈高,合金元素溶解的愈充分,强化效果就愈好。但加热温度超过固相线时,造成合金内部的低熔点共晶相优先溶化,使之过烧。合金过烧组织的形成是加热温度达到或超过α(Al)+CuAl2+CuMgAl2三元共晶温度(502℃),使共晶物复熔,出现液相。由于合金成分不均匀,使共晶区成分也不均匀。随着温度增高,固溶度增加,因而复熔物数量也不断增加,相继出现液相,故过烧组织是随温度增高而愈明显。尽管LY12合金的加工状态、规格都相同,但由于生产批次不同,其成分上下波动的变化以及原始组织、变形方式等因素的影响,过烧温度不是一个固定值。对于过烧起始温度502℃的LY12板材,淬火加热温度采用498℃本来是最佳选择,但采用通常的加热时间12min或者再延长至24min,伸长率均不合格,抗拉强度刚好合格。只有延长加热时间至48min,伸长率才能合格(15.7%)。2.2.3局部阻燃和局部复熔过烧合金在光学显微镜下观察,其特征为晶内出现液相球、晶界粗化发毛、过烧三角形相和晶粒粗大。(1)合金在变形加工及再结晶退火后,一些低熔点杂质附着在晶界上,当温度偏高时,存在于晶界上的低熔物先熔化,造成晶界局部区域出现复熔组织,形成局部晶界粗化发毛,难溶相界面出现不均匀的复熔加粗(见图8)。(2)在淬火时,若加热温度过高,原材料内存在的低熔点共晶物先形成液相,在表面张力作用下使其收缩成球状,冷却后在合金组织中形成小圆球(见图8和图9)。(3)当淬火温度更高时,合金组织中的相严重聚集长大,在三颗晶粒交角处形成三角形液相区,为严重的过烧特征(见图8和图9)。(4)合金正常的淬火组织一般比较细小均匀(见图4)。当淬火温度过高时,原子活动能力增大,出现晶粒特别粗大、晶界平直的组织特征(见图9)。3延长热处理时间对ly12cz合金力学性能的影响(1)LY12合金的过烧起始温度为502℃。(2)