自孕育法流变压铸变形铝合金热处理研究

摘要

本文主要以2024变形铝合金为研究对象，研究了自孕育法流变压铸成形2024变形铝合金的半固态成形微观组织，合金经过固溶处理、时效处理后的组织以及不同热处理特性，并与金属型铸造2024变形铝合金进行对比研究。实验结果表明:
　　(1)自孕育法流变压铸成形的2024变形铝合金的组织主要由球状和类球状的初生α-Al相，与颗粒间不规则呈连续网状分布的共晶θ(CuAl2)相和S(CuAl2Mg)相组成。二次凝固组织形成过程主要分三个阶段:“脚趾”状和“齿”状初生α2相依附生长，爆发形核产生呈等轴状的初生α3相和共晶反应。共晶组织主要以共生生长方式为主，α-Al相与θ(CuAl2)相、S(CuAl2Mg)相通过组元间的横向扩散来实现两相的交替生长，并以“搭桥”的方式形成层片状共晶组织。金属型铸造2024变形铝合金的组织主要由呈树枝状、柱状和等轴状的α-Al相，以及枝晶间呈骨骼状分布的共晶θ(CuAl2)相和S(CuAl2Mg)相组成，而且共晶组织也呈共生生长方式。
　　(2)流变压铸成形的2024变形铝合金在495℃固溶处理12 h后，共晶相θ(CuAl2)相和S(CuAl2Mg)相逐渐固溶进入α-Al基体内部，使得合金基体中的过饱和Cu、Mg合金元素的含量增多，对合金起到良好的固溶强化作用。而且，随着固溶时间的增加，流变压铸成形2024的组织中的初生颗粒与二次凝固区颗粒出现合并长大现象，其它们的长大速率都随固溶时间的延长而降低。与金属型铸造2024变形铝合金相比，流变压铸2024变形铝合金的固溶特性较优。固溶使得合金的硬度及强度上升，而且流变压铸2024变形铝合金的硬度上升较快。固溶处理对合金的固溶强化效果较明显，对其硬度影响也较大。
　　(3)合金经过时效处理后，其合金基体中的不连续析出θ相和S相主要在合金的晶界处析出。不连续析出相主要受时效温度和时效时间的影响，时效温度越高析出相越多，时效时间越长析出相也越多，当析出相增加到一定程度其含量不再明显增加，θ相和S相也有逐渐粗化的现象。而且，析出相也受到二次凝固组织和固溶的饱和程度的影响。流变压铸成形与金属型铸造2024变形铝合金的均在190℃时效处理16h后，其合金的硬度值达到时效峰值，但流变压铸的性能较优，时效峰值也较高。合金的性能也受到不连续析出θ相和S相的含量以及形态的影响。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 变形铝合金材料概述

1．1．1 变形铝合金性能、分类及应用

1．1．2 变形铝合金传统成形方法及存在问题

1．2 半固态成形技术

1．2．1 半固态成形技术及其优点

1．2．2 半固态流变成形技术发展现状

1．2．3 自孕育半固态成形工艺

1．3 变形铝合金的热处理

1．3．1 半固态成形合金热处理可行性

1．3．2 固溶处理对2024变形铝合金的影响

1．3．3 时效过程对2024变形铝合金的影响

1．3．4 变形铝合金热处理特点及应用现状

1．4 本论文研究的目的、意义及内容

第2章 实验方法及组织

2．1 实验方法

2．1．1 实验材料的选择

2．1．2 实验合金的制备

2．1．3 合金组织及相分析

2．2 不同铸造成形工艺的组织

2．2．1 金属型铸造2024变形铝合金组织特征

2．2．2 液态压铸2024变形铝合金组织特征

2．2．3 流变压铸2024变形铝合金组织特征

2．2．4 变形铝合金组织能谱分析

2．3 本章小结

第3章 固溶处理对自孕育法流变压铸2024变形铝合金组织及性能的影响

3．1 实验方法与检测

3．1．1 固溶工艺

3．1．2 实验检测

3．2 固溶时间对自孕育法流变压铸2024变形铝合金组织的影响

3．2．1 金属型铸造2024变形铝合金在固溶处理过程中的组织演变

3．2．2 自孕育法流变压铸2024变形铝合金在固溶处理过程中的组织演变

3．2．3 固溶处理对2024变形铝合金共晶θ相和S相的影响

3．2．4 固溶处理过程中2024变形铝合金颗粒合并长大

3．2．5 固溶处理过程中初生相及二次颗粒的粗化现象

3．2．6 固溶处理过程中初生相及二次凝固颗粒长大模型探讨

3．3 固溶温度对自孕育法流变压铸2024变形铝合金组织的影响

3．4 固溶处理对自孕育法流变压铸2024变形铝合金性能的影响

3．4．1 固溶过程中的硬化行为

3．4．2 固溶处理对流变压铸2024变形铝合金拉伸性能的影响

3．5 本章小结

第4章 时效处理对自孕育法流变压铸2024变形铝合金组织及性能的影响

4．1 实验方法

4．2 时效时间对自孕育法流变压铸2024变形铝合金组织的影响

4．2．1 金属型铸造2024变形铝合金在时效处理过程中的组织演变

4．2．2 自孕育法流变压铸2024变形铝合金在时效处理过程中的组织演变

4．2．3 时效处理对2024变形铝合金析出相的影响

4．2．4 时效处理对2024变形铝合金共晶θ相和S相的影响

4．3 不同的固溶时间对不连续时效析出相的影响

4．4 时效温度对自孕育法流变压铸2024变形铝合金组织的影响

4．5 时效处理对自孕育法流变压铸2024变形铝合金性能的影响

4．5．1 时效过程中的硬化行为

4．5．2 时效处理对流变压铸2024变形铝合金拉伸性能的影响

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 金属型铸造2024变形铝合金组织

附录C 液态压铸2024变形铝合金组织

附录D 流变压铸2024变形铝合金组织