2e12鋁合金高溫性能研究

2e12鋁合金是al-cu-mg系的高強度鋁。它是在2A12合金的基礎上,通過降低Fe、Si、雜質元素的含量而進行改善合金的斷裂韌性、疲勞和抗應力腐蝕性能的新型鋁合金。該合金的主要強化相是S(Al2CuMg)相和θ(Al2Cu)相,而2A12鋁合金中Fe、Si雜質含量高,易與Cu,Mg,Mn等合金元素形成MgSi2和Al7Cu2Fe等脆性難容化合物,同時這些化合物多去了合金中的Cu,Mg元素,減少了合金強化相S,θ的數量,致使時效強化效果下降,在動載荷下,制品優先在這些脆性化合物處產生裂紋源,使材料發生脆斷。本研究采用TEM顯微組織分析和DSC差示掃描量熱分析法,確定了2E12鋁合金鑄錠的均勻化溫度和固溶處理溫度。塑性圖是金屬或合金的塑性在高溫下隨變形狀態和加載方式而變化的綜合曲線圖,金屬或合金的塑性圖能夠給出金屬或合金的最高塑性的溫度范圍,它是確定熱軋溫度的主要依據。塑性圖不能反映出熱軋終了時金屬的組織與性能,因此,還必須依據第二類再結晶圖確定熱粗軋終了溫度。本工作研究了2E12鋁合金鑄錠在不同溫度下的力學性能和不同溫度不同變形量下的塑性,為制定2E12鋁合金軋制溫度制度提供了重要的依據。1材料和實驗方法1.12a12鋁合金懸浮液的燃燒溫度的確定1.1.1差示掃描量熱分析dsc實驗選用260mm×320mm×55mm的半連續鑄錠,切取條狀試樣塊,進行過燒實驗。另取規格為?5mm×(0.5~1)mm試樣進行DSC差示掃描量熱分析。2E12,2A12鋁合金試樣的化學成分如表1所示。1.1.2過燒過程以及含量測定對于2E12鋁合金的輕微過燒,在常規力學性能上很難反映出來,但用掃描電子顯微鏡進行組織觀察卻能十分清楚的反映出來變化。另外,鋁合金的過燒是一個吸放熱過程,DSC實驗是將試樣和參比物處在以一定速率加熱或冷卻的相同溫度狀態環境中,記錄下試樣和參比物之間建立零溫差時所需要的能量,并對時間或溫度作圖。當該合金達到過燒溫度時,DSC曲線上會出現一個明顯的吸熱峰。本研究采用掃描電子顯微鏡進行顯微組織分析和DSC差示掃描量熱分析法對2E12鋁合金鑄錠的過燒溫度進行了測定,從而確定其合理的均勻化溫度和半成品的固溶處理溫度。1.1.3水淬煉時間鑄態試樣過燒實驗在空氣爐中進行,將實驗分別加熱到490,495,500,505,507,510,515,520℃,保溫20min后水淬,轉移時間少于10s。DSC實驗是將實驗樣品(?5mm×0.5~1.0mm)放入DSC2010型差熱掃描量熱儀的坩鍋內,從室溫以10℃/min的加熱速率加熱到550℃,測定熱流隨溫度的變化曲線。1.1.4混和酸腐蝕試驗將規格為15mm×15mm×15mm的試樣經拋光后,用混和酸(HF:1.0mL,HCl:1.5mL,HNO3:2.5mL,H2O:95mL)腐蝕20s。1.2對十二烷基硫酸鈉的高溫性能的研究1.2.1高溫拉伸性能實驗對于2E12鋁合金,本研究在YH630-T壓機上進行高溫壓縮實驗和在實驗機上進行高溫拉伸性能實驗,從而繪制該合金的高溫塑性圖,為軋制溫度制度的制定提供重要依據。1.2.2高溫壓縮塑性實驗敦粗實驗是將?18mm×35mm試樣分別加熱到150,200,260,300,350,400,450,500,520℃并保溫20min,按照不同的壓縮率45%,50%,55%,60%,65%,70%,80%,90%進行敦粗實驗,研究該鋁合金的高溫壓縮塑性。高溫拉伸實驗是在鋁合金鑄錠上取樣加工成的高溫性能試樣,分別加熱到200,260,300,400,430,470,500℃進行高溫拉伸性能實驗,測量其抗拉強度、屈服強度和延伸率,研究該鋁合金的高溫性能。2結果2.121.12鋁合金燃燒溫度的研究2.1.1鑄態組織中低熔點共晶相圖1為2E12鋁合金鑄態試樣的DSC曲線,可見加熱到507℃時曲線上出現一個明顯的吸熱峰,說明該溫度下鑄態組織中的低熔點共晶相熔化,此時已經開始發生過燒;在525℃時曲線上出現一個更大的吸熱峰,說明此時合金組織已經嚴重過燒。2.1.2過燒組織的發生從圖2中可以看到,2E12鋁合金鑄態試樣在500℃時未出現過燒組織,而507℃時開始發生輕微過燒。隨著溫度的升高過燒組織更加明顯,510℃晶界處加粗并開始熔化,515℃時晶粒明顯長大過燒嚴重。2.22下量時材料的塑性從圖3中可以看出,在150,200℃時進行的壓縮試樣形狀呈現出腰鼓型,而且在大壓下量時還出現裂紋;在300~520℃以后的壓縮試樣形狀很好,在變形量達到90%還沒有出現破裂的情況,該合金在此溫度區間內的熱塑性最高。圖4說明該合金在300℃以后塑性明顯升高,材料的屈服極限、抗拉極限已經很低。在300℃后進行軋制時材料的變形抗力較低。3討論3.1鑄錠均勻化的要求2E12鋁合金DSC曲線上,在507.55℃時出現一個很大的熱效應峰,資料介紹α+θ+S相的共晶熔化溫度為507~515℃,該熱效應峰是合金相的熔化導致。從掃描電鏡的組織觀察中可以看到507℃時,在晶界處出現少量的過燒組織,從而證明該合金的過燒溫度為507℃。硬鋁合金由于在鑄造過程中易形成非平衡相組織,產生晶內及晶間成份偏析,以至它們的工藝性能不好,熱軋易開裂,板帶制品性能不好且不均。為此,鑄錠在軋制前要進行均勻化處理。均勻化通常溫度高于0.9~0.95T(絕對熔點),但又低于共晶溫度以下5~40℃。根據以上原則和鑄錠的過燒溫度為507℃的實驗結果,從而確定且2E12鋁合金的均勻化溫度為485~495℃。鑄錠均勻化時間除了與均勻化溫度有關,還與合金本性以及厚度有關,非平衡相在固體中溶解的時間(T)與鑄錠厚度(h)之間有下式經驗關系:T=12~20h√Τ=12~20h。2E12鋁合金板材熱處理溫度是影響固溶處理的主要因素之一,最佳的淬火加熱溫度是既能夠保證溶質元素盡可能的溶人基體,又不引起過燒及晶粒長大的溫度。鑒于前面探索到的2E12鋁臺金的過燒溫度為507℃,固溶處理溫度范圍定在497~502℃。在固溶處理的過程中必須嚴格控制加熱溫度,以免過燒。3.2u2004熱壓制度實驗證明2E12合金的塑性很好,在260℃之后的2E12鋁合金壓縮率達90%仍無明顯裂紋。在300℃時,鑄錠的力學性能σ0.2,σb,δ5分別為:74MPa,44MPa,58%。鋁合金的熱軋溫度制度包括:開軋溫度和終軋溫度。理論上熱軋開軋溫度取合金熔點的0.85~0.9,即2E12鋁合金的開軋溫度取值范圍為:430~460℃;終軋溫度的制定,依據塑性圖的同時還必須根據第二類再結晶圖確定終軋溫室。終軋溫度要保證產品所要求的性能和晶粒度。溫度過高晶粒粗大,不能滿足性能要求,而且繼續冷軋會產生軋件表面桔皮和麻點等缺陷,終軋溫度過低,能耗增加,再結晶不完全導