2024铝合金冷轧板固溶时效热处理工艺参数优化

发布时间：2020-03-28 07:46

【摘要】：目前,2024铝合金冷轧板在航空航天领域应用广泛。2024铝合金属于Al-Cu-Mg系高强变形铝合金,具有强度高、密度低、耐热性能和成形性能优良等优点。2024铝合金冷轧板的主要生产工艺流程为:熔铸→均匀化退火→热轧→冷轧→固溶处理→时效。2024铝合金属于可热处理强化型铝合金,固溶处理和时效是2024铝合金冷轧板主要的热处理强化工艺,合理的热处理工艺参数对合金起强化作用,并可以获得良好的综合性能。2024铝合金冷轧板中合金元素的含量较高,合金中存在较多种类和数量的粗大第二相粒子,会对合金的性能产生不利影响。冷轧态的2024铝合金的综合性能较差,需要通过固溶时效热处理工艺进行调控。因此,研究热处理工艺参数对2024铝合金板材性能的影响规律,揭示热处理工艺参数对合金微观组织的影响机理,对于提高合金的综合性能具有重要的意义。本文以0.8mm厚的2024铝合金冷轧板为研究对象,对热处理后合金的力学性能、晶粒结构、第二相粒子、织构特征及断口形貌等方面进行了系统研究,获得了2024铝合金板材固溶时效热处理工艺参数对合金性能和微观组织的影响规律,以提高合金的综合性能为目标,对热处理工艺参数进行了优化,研究结果为2024铝合金冷轧板材的热处理工艺提供了理论指导,对生产实际具有重要的指导意义。本文的主要研究工作如下:(1)针对2024铝合金冷轧板的固溶时效热处理工艺设计了四因素五水平的正交试验,建立了 2024铝合金板材的固溶时效工艺参数-合金性能关系数据表,评估了工艺参数的优劣;对合金性能数据进行了极差分析,建立了合金性能直观分析表,研究出不同工艺参数的最优水平及其对合金性能的影响主次顺序;绘制了固溶时效参数-合金性能效应曲线图,研究了不同工艺参数对合金各性能影响的显著性;采用综合平衡法对工艺参数进行了优化,确定了优化的固溶时效工艺参数组合。|(2)采用控制变量法分别研究了固溶和时效工艺参数对2024铝合金板材性能的影响规律,建立了不同固溶制度和时效制度下的热处理工艺参数-合金性能关系表。分析了热处理工艺参数对合金性能的影响规律,研究发现时效温度越高,达到峰值时效的时间就越短,合金性能随着时效时间延长而变化得也越明显。(3)采用控制变量法分别研究了固溶和时效工艺参数对2024铝合金板材晶粒结构、第二相粒子、织构以及断口形貌的影响规律。研究发现:固溶温度越高、固溶时间越长时,合金的平均晶粒尺寸就越大,S相和θ相溶解越充分;固溶处理后合金中的织构类型主要为R织构、S织构和Cube织构;合金在人工时效过程中,随着时效时间的延长,GPB区和S相的析出数量均逐渐增多,达到峰值时效后,GPB区数量开始减少,S相数量还在增加,但已经开始粗化,晶界无析出区(PFZ)开始出现,并且宽度逐渐增大;时效后合金断口表面存在韧窝和撕裂棱,呈现出韧性断裂的特征,并且时效时间越长,韧窝越少、越浅,断口表面上准沿晶断裂的迹象越明显。
【图文】：

大变形为ｌ0ｍｍ）控制，试验速度设为恒定值１．５邋ｍｍ／ｍｉｎ。拉伸试样根据ＡＳＴＭ逡逑Ｅ８标准，利用电火花线切割机床沿板材轧制方向（Ｌ）加工得到，，标距为３２邋ｍｍ、逡逑全长为１００邋ｍｍ，如图２．２所示。试样应保持光洁无毛刺，利用酒精清洗后即可逡逑进行热处理实验。在热处理及拉伸试验过程中注意避免划伤试样表面，每个工艺逡逑规范下测试３个试样，取其平均值。逡逑Yn３０逦？邋：邋；邋１逦３２逦＿邋；逡逑——＞Ｒ１）逦＂＂＂邋Ｉ￣￣￣￣＞逦逡逑？ｎ＞邋ｉ．．．．．逦一邋ｉ邋＾逦逡逑一逦邋１００邋逦一；逡逑图２．２拉伸试样形状及尺寸（单位？？邋ｒｎｍ）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｓｈａｐｅ邋ａｎｄ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｔｅｎｓｉｌｅ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ（ｕｎｉｔ：邋ｍｍ）逡逑２．３．２硬岕试逡逑硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一，其实质是材料抵抗另一较逡逑硬材料压入的能力，硬度测试是评价金属材料综合性能的一种非常简便有效手段。逡逑本文采用维氏硬度测量，测试在ＨＶＳ－１０００Ａ显微维氏硬度计上进行，试验力选逡逑择０．５邋ｋｇ，保荷时间为１０邋ｓ。用于硬度测试的试样首先在砂纸上经粗磨、细磨至逡逑无明显划痕，然后在抛光机上利用１．５邋ｐｍ金刚石喷雾抛光剂进行机械抛光至光逡逑亮（无污渍和细微划痕）

逦１０逦＇，逡逑图２．３试样硬度测试区域示意图（单位：ｍｍ）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈａｒｄｎｅｓｓ邋ｔｅｓｔ邋ａｒｅａ邋ｆｏｒ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ（ｕｎｉｔ：邋ｍｍ）逡逑２．３．３电导率测试逡逑电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，反映材料的导电能力。逡逑对于热处理后的铝合金而言，处于欠时效状态和过时效状态时，可能具有相同的逡逑强度或硬度值，电导率却不会相同，因此电导率能间接地反映合金的热处理状态逡逑及其强度、硬度等性能。另外，强度及硬度测试均属于破坏性检测方式，对于一逡逑些要求无损检测的零件，如飞机轮毂、蒙皮等，通过强度或硬度测试来检测合金逡逑的热处理质量是不可行的，这就需要进行电导率检测［＆７１］。逡逑因此，本文对热处理前后的合金试样也进行了电导率测试，旨在探索２０２４逡逑铝合金板材热处理制度与电导率之间的关系。所用测量设备为Ｄ６０Ｋ数字金属电逡逑导率测量仪
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG156.94;TG146.21;V261.3

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