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2024铝合金的熔铸及形变热处理工艺研究

叶浩  
【摘要】:Al-Cu-Mg铝合金具有密度低、比模量和比强度高、加工成型性能好等优点,在航空航天、国防等领域有着极其重要的应用价值和广阔的发展前景。为了进一步改善Al-Cu-Mg合金的性能,本论文采用真空感应熔炼水冷铜模铸造工艺制备2024铝合金。与普通铸造相比,采用真空感应熔炼技术可以提高熔体质量,净化合金熔体,消除气孔缺陷,利用水冷铜模铸造技术细化合金的晶粒组织,等轴晶数目增多,平均晶粒尺寸从常规铸造的125μm减少到28μm,合金微观组织得到很大程度改善。 研究了真空感应熔炼水冷铜模铸造工艺参数对2024铝合金组织及性能的影响,结果表明:随着合金冷却速度的增大,(Al)初晶中树枝晶数量不断减少,一次晶轴尺寸和二次枝晶间距也逐渐减小,晶粒明显得到细化。提高设备的输入功率可加强坩锅内熔体的搅动,当熔体的浇铸温度为810℃时,合金的微观组织较为理想,晶粒的平均尺寸为28μm。经过形变热处理后,合金中位错增殖现象明显且分布均匀,细小的晶粒内部形成以位错胞为主的亚结构组织,并且沉淀相能弥散分布,因而合金的力学性能大幅提升。 研究了不同的形变热处理工艺参数对真空感应熔炼水冷铜模铸造合金和普通铸造合金组织及力学性能的影响。结果表明:采用100℃/6h进行预时效处理,既能为终时效提供均匀的形核核心,又能避免S相的不均匀析出。在190℃下以30%的轧下量进行温变形可以获得较佳的加工硬化及沉淀强化效果。在150℃下进行终时效,可以保证过渡沉淀相均匀弥散析出,并保留了较多的位错胞等亚结构组织,大大提高了合金的强化效果。普通铸造合金锭坯经过中间形变热处理后可以提高合金的强度,其T81态强度为450MPa,而经中间形变热处理的强度提高至了535MPa;真空感应熔炼水冷铜模铸造合金经过中间形变热处理后的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到603MPa、581MPa和12%,比普通铸造T81态合金分别提高34%、37%和100%,耐腐蚀性能和高温拉伸性能也得到明显地提高。优化出了真空感应熔炼水冷铜模铸造2024铝合金的最佳形变热处理工艺:400-430℃热轧,490℃/30min固溶处理,100℃/6h预时效处理,190℃温变形30%,150℃/5h终时效处理。


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