【摘 要】
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铝铜合金作为一种重要的铝合金,由于其所具有的高强度、良好的延展性和低密度等优良特性,使得其在航空航天,汽车制造领域具有广泛的应用前景。本文通过正交轧制变形对铸造Al5Cu合金的性能进行改善提升,使得该合金的强度和延伸率有了较大提升。同时,通过研究不同时效温度以及不同时效时间的热处理下正交轧制Al5Cu合金力学性能的改变,得到最优时效状态,使得合金的强度以及延伸率都到改善。随后对最优时效状态下的合金
【基金项目】
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国家自然基金（NO.51601084）；
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铝铜合金作为一种重要的铝合金,由于其所具有的高强度、良好的延展性和低密度等优良特性,使得其在航空航天,汽车制造领域具有广泛的应用前景。本文通过正交轧制变形对铸造Al5Cu合金的性能进行改善提升,使得该合金的强度和延伸率有了较大提升。同时,通过研究不同时效温度以及不同时效时间的热处理下正交轧制Al5Cu合金力学性能的改变,得到最优时效状态,使得合金的强度以及延伸率都到改善。随后对最优时效状态下的合金样品进行冷轧制变形,使得该合金的强度得到显著提升。本文通过拉伸试验、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等观察研究不同状态下Al5Cu合金的力学性能和微观形态,得到影响合金力学性能的影响机理,从而为高强度铝合金的制备提供了理论依据。现将本文的研究内容介绍如下:（1）铸造Al5Cu合金的组织粗大且在基体内存在大量的Al2Cu共晶组织,其屈服强度以及延伸率仅为55.9MPa和4.1%。通过对铸造态合金进行轧制与正交轧制后使得合金的组织得到细化,且基体中的共晶组织分布更加均匀,从而使得合金的屈服强度提高到了171.9MPa和176.7MPa,延伸率达到了6.8%和10.2%。在正交轧制前先对Al5Cu合金进行520℃,24h的均匀化处理,然后再进行正交轧制使得该合金的极限抗拉强度和屈服强度达到了213.2MPa和177.9MPa,延伸率增加到了16%。因此均匀化处理后进行正交轧制可以使得铸造态Al5Cu合金的性能优化更加显著。（2）通过对均匀化后正交轧制的Al5Cu合金样品进行520℃,10h的固溶处理后,再对其进行时效处理。在时效热处理过程中,分别对固溶处理后的合金样品进行160℃下1h、3h、5h和7h的时效处理,发现时效时间为5h时合金的性能表现优异。为了明确时效温度对合金性能的影响,随后对固溶后的合金样品进行140℃、180℃和200℃下,长达5h的时效处理,研究表明在时效温度和时效时间的影响下160℃,5h时效状态下Al5Cu合金的力学性能达到最优,其极限抗拉强度和屈服强度达到了398.7MPa和254.1MPa,延伸率达到了12.7%。通过透射电子显微镜对该状态下的微观组织进行观察,可以得到在160℃,5h时效状态下,其析出相的平均尺寸为16.69nm,且在微观状态下呈现一种θ′/GP区/θ′夹心状结构,同时合金的微观组织中各晶粒之间存在着层间嵌套结构。（3）冷轧制变形可以有效地提升Al5Cu合金的力学性能,通过对160℃,5h时效处理后的样品分别进行40%、50%和80%的轧制变形,使得该合金的极限抗拉强度以及屈服强度有了显著提升,抗拉强度分别达到了486.7MPa、497MPa和561.8MPa,屈服强度分别达到了453.9MPa、466.1MPa和530.3MPa,但是变形后其延伸率下降。随后对变形量达到80%的Al5Cu合金样品进行120℃,30min和150min的低温时效处理,使得其延伸率从1.8%增加到了8.7%,抗拉强度降低到了529.2MPa。最终Al5Cu合金在120℃,150min时效态下的抗拉强度,屈服强度和延伸率相比于铸造态Al5Cu合金分别增加了311.8%,741.5%和93%。综合得出对均匀化处理后的Al5Cu合金进行正交轧制变形处理可以有效的细化组织和提升合金的力学性能,并且在随后的时效处理中160℃,5h时效态下Al5Cu合金基体中存在大量细小弥散的纳米级析出相,且呈现出一种夹心结构,结合微观组织中存在的层间嵌套结构使得合金的力学性能再次得到提升,最后通过冷轧和时效热处理使得合金力学性能得到进一步的提升,从而优化了Al5Cu合金的组织与力学性能。
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