半固态挤压铸造A319铝合金热处理特性的研究

【摘要】：Al-Si-Cu-Mg合金系中的A319铝合金由于其优异的铸造性能、力学性能、耐腐蚀性能和成本低廉而广泛应用于航空、航天、汽车和机械等行业。半固态挤压铸造A319铝合金由于组织性能比普通金属型重力铸造A319铝合金更优异而受到重视,为了进一步提高其力学性能,常对该合金件进行热处理。本课题采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、透射电镜、维氏硬度试验和拉伸试验,研究了热处理工艺对两种不同工艺下成形的铸造A319铝合金组织和性能的影响,探讨半固态挤压铸造A319铝合金的热处理特性。半固态挤压铸造和金属型重力铸造生产的A319铝合金铸态组织由初生α-Al相、共晶Si和θ-Al2Cu相、Q-Al5Cu2Mg8Si6相及含Fe相(杂质)组成。半固态挤压铸造A319铝合金的初生α-Al相呈球状均匀分布,共晶Si呈非常细小的颗粒状分布于α-Al基体之间,由于该合金偏析小、凝固速率高,Al2Cu相多以共晶状分布于晶界处,Q-Al5Cu2Mg8Si6相则以共晶状或细条状分布于晶界处;金属型重力铸造A319铝合金的初生α-Al相呈明显的枝晶状,共晶Si呈片状、针状不连续分布。由于该合金偏析较为严重,凝固速率低,Al2Cu相主要以块状或混合状分布于晶界和基体中,Q相多以紧密的块状或短棒状分布于晶界和基体中。A319铝合金的固溶处理温度受到Q相熔点的影响,不能太高,定为505℃左右比较合适。半固态挤压铸造A319铝合金的固溶处理时间主要受到该合金中含Cu相形状的影响,共晶状、细条状比块状和混合状的含Cu相更易溶解。固溶处理3h左右,该合金的Al2Cu相就已基本溶解,剩下的金属间化合物相主要为Q相和含Fe相。同时基体中Cu元素含量明显提高,并且分布均匀,对应的基体维氏硬度值增幅最大,为38.7%。该合金较优的固溶处理工艺可定为505℃×3h。金属型重力铸造A319铝合金所需的固溶处理时间主要受到该合金中共晶Si和含Cu相形状的影响。该合金中块状含Cu相溶解得比较慢,而且无法全部溶解,溶解过程中,基体中Cu元素含量提高较少,而且分布不均。在一定的固溶处理时间内该合金的共晶Si会发生明显的破碎和球化。综合考虑,金属型重力铸造A319铝合金较优的固溶处理工艺可定为505℃×8h,其固溶处理时间比半固态挤压铸造A319铝合金更长。半固态挤压铸造A319铝合金的时效析出过程是:过饱和α固溶体→G.P.Ⅰ区的形成→G.P.Ⅱ区的形成→G.P区的溶解→亚稳相θ'相和Q'相的形成→平衡相θ相和Q相的形成。半固态挤压铸造A319铝合金与金属型重力铸造A319铝合金相比,前者G.P.区的数量更多,达到峰时效所需的时效时间更短。半固态挤压铸造A319铝合金较优的热处理工艺可定为505℃×3h+175℃×80h(T6处理)。半固态挤压铸造A319铝合金经T6处理工艺优化后抗拉强度可达400.7Mpa,延伸率为3.0%,与铸态合金相比,抗拉强度的增幅为61.0%,延伸率的增幅为15.4%。