适于液态模锻的高强韧Al-Cu-Mg-Zn系合金制备及性能研究

作     者：苏艳妮 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜之明

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高强韧铝合金 主合金元素 热裂倾向性 液态模锻 热处理 

摘      要：为了改善目前液态模锻成形技术用铝合金易产生热裂纹的缺陷,论文主要从优化合金成分方面着手,设计新型合金,制备出热裂倾向尽可能低,使合金制件最终力学性能达到：(?)≥450MPa、(?)≥7%、HB≥115N/mmm的液态模锻成形技术用高强韧铝合金。从而使新型合金可以用于代替传统的液态模锻成形技术用热裂倾向较高的铝合金,进一步推动液态模锻成形技术的发展。论文添加定量的Zn、Mg、Cu元素于Al-Cu系合金中,使其合金化元素总量超出传统的Al-Cu系合金而成为全新的Al-Cu-Mg-Zn合金,并采取单一变量法改变Zn、Mg、Cu三种主合金元素的含量,共设计出12种组分不同的新型合金。采用2024合金为基体,经过合金熔炼和统一工艺参数的液态模锻成形技术制备新型合金柱体制件。运用约束棒模具测试新型优化合金的热裂倾向的相对大小,并与7075合金和2024合金的热裂倾向示数(HCS)大小进行比较。结果表明：7075合金和2024合金的HCS分别为68和64,而新型合金中有10种合金的HCS均低于64。三种主合金元素对合金热裂倾向性的影响中,含Cu元素的质量百分比对合金热裂倾向性影响最大,且含Cu元素为5.0%时,合金的热裂倾向性最低,为40。运用拉伸试验、硬度测试及TEM、SEM、XRD和OM等合金显微组织分析手段进行合金力学性能及显微组织观察。选择出各种性能最优的8(A1-5Cu-4.5Mg-2.5Zn)合金,未热处理合金制件性能分别达到：σ=327MPa、δ=2.7%、HB=107N/mm、HCS=40。同样,也是Cu元素的含量对合金的各项力学性能影响最大。通过试验探究8(A1-5Cu-4.5Mg-2.5Zn)合金普通热处理工艺的最佳工艺参数,进一步发掘新型合金的力学性能。本文研究的热处理工艺的最优参数为：470℃x24h均匀化处理+495℃x4.5h固溶处+200℃×18h时效处理,在此工艺参数的热处理制件的组织由G.P区、晶界无沉淀析出带和残留在晶界处的S(Al2CuMg)相组成,其最佳力学性能达到：σ=469MPa、δ=7.6%、HB=208N/mm。