Al-Cu合金挤压铸造及热处理的工艺优化研究

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挤压铸造是一种结合了铸造和锻造特点的短流程、高效、精确成形技术,也是开发高性能金属材料的有效方法。铸造Al-Cu合金是一类可热处理强化的铝合金,采用挤压铸造方法制备的铝铜合金具有很好的强韧性。本文在前期研究工作的基础上,以一种经过成分优化设计的挤压铸造高强韧铝合金Al-(4.5~5.5) Cu-(0.3~0.6) Mn-(0.05-0.25) Ti-(0.05-0.15) RE-(0.05-0.20) Zr-(0.05-0.20) V (wt%)为对象,首先通过正交试验和田口方法优化了该合金的挤压铸造工艺参数;然后采用单因素变量法研究了热处理工艺参数对合金组织和力学性能的影响。结果如下:1)采用正交试验、金相分析、硬度和拉伸性能测试等手段研究了挤压铸造过程中几个关键工艺参数对合金微观组织和力学性能的影响,优化了合金的挤压铸造工艺参数。结果表明:对于合金力学性能及第二相面积分数,挤压力是最大的影响因子,其次是浇注温度和模具温度,影响最小的是保压时间。随着挤压力的增加,合金的力学性能呈增大趋势,但当挤压力超过50MPa时力学性能的增幅减小;随着浇注温度的升高,铝铜合金的力学性能先增大后减小;过高或过低的模具温度均不利于挤压铸造合金的力学性能。合金的最佳挤压铸造工艺参数为:浇注温度730℃、模具温度200℃、挤压力75MPa、保压时间30s。采用该优化的挤压铸造工艺制备的合金铸态力学性能典型值为:抗拉强度218MPa,伸长率17.3%,洛氏硬度65.8HRF。2)采用单因素分析、金相、SEM、TEM、DSC、硬度和拉伸性能测试等方法对比研究了固溶及时效热处理工艺对重力铸造及挤压铸造合金力学性能及微观组织的影响。结果表明:重力铸造及挤压铸造合金获得最佳强化效果的热处理工艺是一致的。具体参数为:固溶温度540℃,固溶时间12小时;室温水淬,时效温度175℃,时效时间8小时。采用该优化的热处理工艺制备的挤压铸造合金力学性能典型值为:抗拉强度426MPa,伸长率16.9%,布氏硬度125HB。在固溶处理过程中,相同固溶温度和固溶时间条件下,挤压铸造合金中的晶间第二相比重力铸造合金的晶间第二相溶解更充分。过时效后的挤压铸造合金较重力铸造合金具有更高的稳定性,这主要是因为相对于重力铸造合金,挤压铸造合金晶粒更细,在相同的时效条件下,挤压铸造合金的弥散沉淀相更细小,数量更多。
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