Al--Cu--Li合金的制备与热处理研究

摘要

铝锂合金材料是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高等诸多优异的综合性能。用其代替常规高强度铝合金可使结构质量减轻10％～20％，刚度提高15％～20％。铝锂合金在航空航天领域具有广阔的应用前景，研究铝锂合金具有一定的理论和实际意义。 本文制备了Al-Cu-Li合金铸锭，并对铸锭进行了均匀化处理、轧制、固溶处理和时效处理。通过DSC差热分析、金相组织显微观察(OM)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDX)、拉伸力学性能测试、硬度测试等方法系统研究了Al-Cu-Li合金的均匀化工艺和轧板时效处理工艺以及合金中铁杂质含量对合金显微组织和力学性能的影响。取得了系列研究结果。 DSC差热分析表明Al-Cu-Li合金的过烧温度为507℃。Al-Cu-Li合金经过450℃×3h+470℃×12h+500℃×12h均匀化后，较低温度的吸热峰消失，高温吸热峰显著减小，低熔点共晶组织大部分溶解。450℃×3h+470℃×12h+500℃×48h三阶段均匀化制度可以使Al-Cu-Li合金可溶残留相充分溶解。综合考虑处理时间和工程实际应用的效率，基于本实验的结果，本文建议采用450℃×3h+470℃×12h+500℃×12h的均匀化制度。Al-Cu-Li合金中的铁杂质含量对均匀化过程和均匀化后的残留相具有重要影响。随着铁杂质含量的增加，合金低熔点共晶组织开始熔化的温度升高，铁含量较高的合金需要较短的均匀化时间。铁含量较低为0.09％时，主要残留相为Al2Cu相;而铁含量较高（高于0.35％）时主要残留相为Al2Cu相、Al7Cu2Fe和Al-Fe相。 Al-Cu-Li合金板材经过505℃固溶处理并淬火后在180℃保温，随着保温时间的延长，材料强度先升高而后降低，在20h达到峰值时效，即T6处理。此时合金抗拉强度达到613.2MPa，屈服强度达到562.4MPa，延伸率为3.4％。而固溶处理并淬火后的合金轧板经过12％预变形后进行时效，即T8处理，在160℃保温的最佳时间是22h。此时合金抗拉强度达到621.3MPa，屈服强度达到607.3MPa，延伸率为4.7％。可见，对于实验Al-Cu-Li合金板材T8处理后的性能优于T6处理后的性能。铁杂质含量对Al-Cu-Li合金板材固溶、时效后的力学性能有显著的影响，在本实验范围内随着铁含量的增加强度显著降低。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 铝锂合金的研究与发展

1．1．1 铝锂合金的特点

1．1．2铝锂合金的发展和应用

1．1．3 铝锂合金的研究方向

1．2 铝锂合金的制备与加工

1．2．1 铝锂合金的制造方法

1．2．2 铝锂合金的熔炼

1．3 铝锂合金的强韧化处理

1．3．1 铝锂合金的合金化

1．3．2 铝锂合金的热处理强化

1．4 本论文研究的内容和意义

第2章 实验过程与方法

2．1 实验材料和设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 实验工艺流程

2．3 实验方法

2．3．1 合金成分设计

2．3．2 合金制备

2．3．3 样品制备

2．3．4合金组织观察

2．3．5力学性能试验

第3章 铸锭的制备与均匀化研究

3．1 铸锭的制备与组织分析

3．1．1 熔炼时间对合金成分的影响

3．1．2 合金的铸态组织

3．2 铸锭均匀化研究

3．2．1 DSC试验

3．2．2 均匀化对合金显微组织的影响

3．2．3 均匀化之后残留相分析

3．2．4 均匀化对合金硬度的影响

3．3 本章小结

第4章 板材的制备与热处理研究

4．1 板材的制备

4．2 热处理研究

4．2．1 轧板的固溶处理

4．2．2 轧板的时效处理

4．3 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢