铸造工艺及热处理工艺对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响

发布时间：2017-05-04 01:08

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【摘要】：Al-Cu系合金作为典型的高强韧铸造铝合金,具有比强度高、耐蚀性好、塑韧性强等优点,被广泛应用于航空航天、国防等领域。其中,ZL210A合金是我国铸造工作者在俄BAЛ10合金的基础上研制出的一种新型高强度铸造铝铜系合金。区别于ZL205A等Al-Cu系合金,ZL210A合金不含Ag和V等希贵金属,且对杂质限量也较宽,因此对金属原材料要求较低,具有很高的经济价值。但国内开展的相关研究很少,对其性能特点和相应的生产工艺还不十分了解,生产质量不稳定,尤其是目前ZL210A合金铸件的实际生产应用中,在保证其高强度的同时,其伸长率普遍偏低,有时甚至低于1%,严重制约了ZL210A合金的广泛应用。因此,深入开展ZL210A合金微观组织及其力学性能优化的实验研究,建立和完善科学合理的ZL210A合金的铸造工艺及热处理工艺,对ZL210A合金的大规模生产及推广应用具有十分重要的意义。本文在ZL210A合金目前国内仅有砂型铸造和金属型铸造的基础上,开展了ZL210A合金熔模铸造实验,并进行了对比研究;还进一步系统研究了不同浇注温度、不同固溶工艺和不同时效工艺对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响,并对影响其组织和性能的机理进行了深入的分析,得到了以下研究结果:ZL210A合金熔模铸造铸态下晶粒尺寸较砂型铸造和金属型铸造都粗大,平均晶粒尺寸为176μm,晶界上有较多的共晶网状组织,基体中存在大量弥散的细小T相质点,铸态下其抗拉强度、屈服强度和硬度分别为187MPa、67MPa和60HV,较砂型铸造的198MPa、83MPa和61HV和金属型铸造的220MPa、94MPa和65HV均稍低,而在伸长率方面,熔模铸造的伸长率为9%,与金属型相同,高于砂型铸造试样的伸长率7%,ZL210A合金也适合于熔模铸造。不同浇注温度下,ZL210A合金的铸态组织都是由等轴晶结构的α(Al)基体和晶间α(Al)+θ(Al2Cu)+T(Al12CuMn2)相的共晶组织以及晶内一些粗大θ(Al2Cu)相构成,且随浇注温度升高,ZL210A合金晶粒逐渐长大,晶间共晶数量不断增加,力学性能下降;在浇注温度690℃时,ZL210A合金的抗拉强度、屈服强度、硬度和伸长率分别为199MPa、88MPa、70HV和8.5%,达到最佳值。通过对ZL210A合金固溶温度和固溶时间的研究发现,固溶温度和固溶时间分别为540℃和11h时,ZL210A合金中的Cu等溶质原子溶于α(Al)基体的程度基本达到饱和,铸态粗大共晶组织充分溶解,晶界细小平滑,晶内弥散分布大量细小质点,有利于获得良好的固溶体组织,合金具有最佳的力学性能。淬火水温对ZL210A合金的微观组织和力学性能也有一定的影响,随淬火水温的升高,ZL210A合金的晶粒尺寸不断增加,析出相在晶界附近不断聚集,形成块状或针状的粗大组织,ZL210A合金的力学性能则随淬火水温的升高先增加后减少,淬火水温为50℃时,ZL210A合金力学性能最佳。另外,通过对ZL210A合金不同时效温度和不同时效时间的析出相尺寸和形貌分析,确定了ZL210A合金最佳的时效工艺参数,时效温度和时效时间分别为150℃和6h时,得到了最佳的强塑性组合,显著提高了合金的伸长率,改善了ZL210A合金的微观组织和力学性能。通过选用优化后的工艺参数进行时效态实验,保证了砂型铸造在强度不低于417MPa的基础上,伸长率可以达到8%,金属型铸造在强度不低于431MPa的基础上,伸长率可以达到9%,熔模铸造在强度不低于415MPa的基础上,伸长率可以达到6%。
【关键词】：ZL210A合金 铸造工艺 热处理工艺 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG292;TG166.3;TG146.21
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 铝铜合金及其应用现状概述10-12
• 1.2.1 铝铜合金概述10-11
• 1.2.2 铝铜合金应用11-12
• 1.3 铝铜系合金时效析出相12-13
• 1.4 铝铜合金微观组织及力学性能优化途径13-19
• 1.4.1 合金成分优化13-14
• 1.4.2 熔体处理14-15
• 1.4.3 晶粒细化15-16
• 1.4.4 铸造工艺16-17
• 1.4.5 热处理17-19
• 1.5 研究目的、意义及主要内容19-21
• 第2章 实验材料与实验方案21-27
• 2.1 实验材料21
• 2.2 实验方案21-25
• 2.2.1 实验方法及步骤21-23
• 2.2.2 实验方案23-25
• 2.3 测试与表征25-27
• 第3章 铸造工艺对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响27-37
• 3.1 浇注温度对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响27-31
• 3.1.1 不同浇注温度对ZL210A合金微观组织的影响27-31
• 3.1.2 不同浇注温度对ZL210A合金力学性能的影响31
• 3.2 铸造方法对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响31-35
• 3.2.1 不同铸造方法ZL210A合金微观组织的影响31-33
• 3.2.2 不同铸造方法对ZL210A合金力学性能的影响33-35
• 3.3 铸造工艺影响ZL210A合金微观组织和力学性能的机理分析35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 热处理工艺对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响37-58
• 4.1 固溶温度对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响37-41
• 4.1.1 固溶温度对ZL210A合金微观组织的影响37-40
• 4.1.2 固溶温度对ZL210A合金力学性能的影响40-41
• 4.2 固溶时间对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响41-45
• 4.2.1 固溶时间对ZL210A合金微观组织的影响41-44
• 4.2.2 固溶时间对ZL210A合金力学性能的影响44-45
• 4.3 淬火水温对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响45-49
• 4.3.1 淬火水温对ZL210A合金微观组织的影响45-48
• 4.3.2 淬火水温对ZL210A合金力学性能的影响48-49
• 4.4 时效温度对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响49-52
• 4.4.1 时效温度对ZL210A合金微观组织的影响49-51
• 4.4.2 时效温度对ZL210A合金力学性能的影响51-52
• 4.5 时效时间对ZL210A合金微观组织和力学性能的影响52-56
• 4.5.1 时效时间对ZL210A合金微观组织的影响52-54
• 4.5.2 时效时间对ZL210A合金力学性能的影响54-56
• 4.6 热处理影响ZL210A合金微观组织和力学性能的机理分析56
• 4.7 本章小结56-58
• 第5章 ZL210A合金性能优化58-61
• 5.1 优化参数下的微观组织58-59
• 5.2 优化参数下的力学性能59-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第6章 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士期间发表论文67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王会敏;夏长清;吴柳融;周飞;;时效温度对大冷变形2519A铝合金组织与性能的影响[J];材料热处理学报;2011年06期

2 王继章;杨晶;张文达;王宁;;铸造方法对ZAlSi6Cu4Mg力学性能的影响[J];热加工工艺;2011年19期

3 胡祖麒;万里;吴晗;刘学强;邹广;吴树森;;时效处理对高强韧压铸Al-Mg-Si-Mn合金力学性能的影响[J];铸造;2013年01期

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本文编号：344101