鑄造工藝及熱處理工藝對(duì)ZL210A合金微觀組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、Al-Cu系合金作為典型的高強(qiáng)韌鑄造鋁合金，具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、塑韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域。其中，ZL210A合金是我國(guó)鑄造工作者在俄BAЛ10合金的基礎(chǔ)上研制出的一種新型高強(qiáng)度鑄造鋁銅系合金。區(qū)別于ZL205A等Al-Cu系合金，ZL210A合金不含Ag和V等希貴金屬，且對(duì)雜質(zhì)限量也較寬，因此對(duì)金屬原材料要求較低，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但國(guó)內(nèi)開(kāi)展的相關(guān)研究很少，對(duì)其性能特點(diǎn)和相應(yīng)的生產(chǎn)工藝還不十分了解，生產(chǎn)質(zhì)量

2、不穩(wěn)定，尤其是目前ZL210A合金鑄件的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，在保證其高強(qiáng)度的同時(shí)，其伸長(zhǎng)率普遍偏低，有時(shí)甚至低于1％，嚴(yán)重制約了ZL210A合金的廣泛應(yīng)用。因此，深入開(kāi)展ZL210A合金微觀組織及其力學(xué)性能優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究，建立和完善科學(xué)合理的ZL210A合金的鑄造工藝及熱處理工藝，對(duì)ZL210A合金的大規(guī)模生產(chǎn)及推廣應(yīng)用具有十分重要的意義。
　　本文在ZL210A合金目前國(guó)內(nèi)僅有砂型鑄造和金屬型鑄造的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了ZL210A合金熔模

3、鑄造實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了對(duì)比研究；還進(jìn)一步系統(tǒng)研究了不同澆注溫度、不同固溶工藝和不同時(shí)效工藝對(duì)ZL210A合金微觀組織和力學(xué)性能的影響，并對(duì)影響其組織和性能的機(jī)理進(jìn)行了深入的分析，得到了以下研究結(jié)果：
　　ZL210A合金熔模鑄造鑄態(tài)下晶粒尺寸較砂型鑄造和金屬型鑄造都粗大，平均晶粒尺寸為176μm，晶界上有較多的共晶網(wǎng)狀組織，基體中存在大量彌散的細(xì)小T相質(zhì)點(diǎn)，鑄態(tài)下其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度分別為187MPa、67MPa和60HV，較砂

4、型鑄造的198MPa、83MPa和61HV和金屬型鑄造的220MPa、94MPa和65HV均稍低，而在伸長(zhǎng)率方面，熔模鑄造的伸長(zhǎng)率為9%，與金屬型相同，高于砂型鑄造試樣的伸長(zhǎng)率7%，ZL210A合金也適合于熔模鑄造。
　　不同澆注溫度下，ZL210A合金的鑄態(tài)組織都是由等軸晶結(jié)構(gòu)的α（Al）基體和晶間α（Al）+θ（Al2Cu）+T（Al12CuMn2）相的共晶組織以及晶內(nèi)一些粗大θ（Al2Cu）相構(gòu)成，且隨澆注溫度升高，ZL21

5、0A合金晶粒逐漸長(zhǎng)大，晶間共晶數(shù)量不斷增加，力學(xué)性能下降；在澆注溫度690℃時(shí)，ZL210A合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和伸長(zhǎng)率分別為199MPa、88MPa、70HV和8.5%，達(dá)到最佳值。
　　通過(guò)對(duì)ZL210A合金固溶溫度和固溶時(shí)間的研究發(fā)現(xiàn)，固溶溫度和固溶時(shí)間分別為540℃和11h時(shí)，ZL210A合金中的Cu等溶質(zhì)原子溶于α（Al）基體的程度基本達(dá)到飽和，鑄態(tài)粗大共晶組織充分溶解，晶界細(xì)小平滑，晶內(nèi)彌散分布大量細(xì)小質(zhì)點(diǎn)，

6、有利于獲得良好的固溶體組織，合金具有最佳的力學(xué)性能。
　　淬火水溫對(duì)ZL210A合金的微觀組織和力學(xué)性能也有一定的影響，隨淬火水溫的升高，ZL210A合金的晶粒尺寸不斷增加，析出相在晶界附近不斷聚集，形成塊狀或針狀的粗大組織，ZL210A合金的力學(xué)性能則隨淬火水溫的升高先增加后減少，淬火水溫為50℃時(shí)，ZL210A合金力學(xué)性能最佳。
　　另外，通過(guò)對(duì)ZL210A合金不同時(shí)效溫度和不同時(shí)效時(shí)間的析出相尺寸和形貌分析，確定了ZL