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Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu超高强度铝合金铸锭均匀化处理及其板材的三级时效处理的研究

作　者: 陈霄飞
导　师: 赵刚；田妮
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 超高强度铝合金半连续铸造均匀化处理固溶处理三级时效处理
分类号: TG29
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu类型的超高强度铝合金是我国航空航天工业急需的高强轻质结构材料。但我国在这类超高强度铝合金的工业化生产仅仅是在起步阶段,生产的厚板经常出现达不到国际上发达国家生产的这类合金的性能水平的问题,本文针对上述问题,主要通过力学性能、电导率和抗剥落腐蚀性能的测定以及金相显微镜、扫描电镜和透射电镜组织观察以及微区能谱分析等手段,对该合金普通半连续铸造圆锭和电磁半连续铸造方锭的铸态组织及其均匀化处理,以及普通半连续铸造后轧制的25mm厚热轧板的固溶处理及其预拉伸板的时效处理进行了研究,为开发出最佳的Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu超高强度铝合金铸锭均匀化以及最终时效热处理工艺奠定基础。获得的主要实验结果如下:（1）Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu超高强度铝合金Φ170mm普通半连续铸造圆锭中存在大量的熔点为475℃的非平衡凝固共晶体并形成枝晶网,共晶体中片层状第二相含有AlZnMgCu四种元素,铸锭中还存在条状的Al₇Cu₂Fe相结晶相。该铸锭经过470℃均匀化处理24h后,合金中非平衡凝固共晶体的含量急剧降低,他们在溶于基体的同时转变成S相（Al₂CuMg）。均匀化处理的保温时间增加至48h后,S相（Al₂CuMg）含量有所降低但不能消失。（2）低频电磁半连续铸造可显著细化Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu超高强度铝合金半连续铸锭的组织,而且使合金中片层状共晶体和Al₇Cu₂Fe相的含量减少。（3）25mm厚Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu超高强度铝合金热轧板存在熔点为475℃的低熔点产物和熔点为483℃的S相（Al₂CuMg）。在470℃固溶处理3小时之内熔点为475℃的产物显著减少,但熔点为483℃的S相在470℃固溶处理过程变化不大。在470℃固溶处理时间超过3小时没有意义。（4）经470℃×3h固溶处理的25mm厚板材进行第二级温度较高的三级时效处理时,第二级时效处理温度即时间是决定合金强度和剥落腐蚀性能的关键因素;合金板材固溶处理并经第一级120℃时效24小时后,第二级在175℃-185℃范围时效时,随第二级时效时间由0.5h延长至3h,合金的强度基本是下降的,但第二级时效温度高,强度下降的更快;当由第一级向第二级加热速度较快而且第二级在较高温度时效时间较短时,三级时效处理后合金的强度可以高于第二级稍低温度时效的结果;第一级时效处理0.5h升温至175℃保温2h或185℃,保温1.5h,均可使合金的强度和抗腐蚀性达到很好的配合。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的发展  13-17
    1.1.1 国外Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的发展  13-17
    1.1.2 国内Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的发展  17
  1.2 超高强度铝合金的热处理  17-25
    1.2.1 均匀化处理  17-21
      1.2.1.1 均匀化处理基本原理  18-19
      1.2.1.2 均匀化处理温度及时间的确定  19-20
      1.2.1.3 铝合金均匀化处理时组织和性能的变化  20-21
    1.2.2 超高强度铝合金的固溶处理  21-22
    1.2.3 高强铝合金的时效处理  22-25
      1.2.3.1 时效过程中相的析出  22
      1.2.3.2 单级时效处理  22-23
      1.2.3.3 双级时效处理  23
      1.2.3.4 三级时效处理  23-25
      1.2.3.5 形变热处理  25
  1.4 本文的研究目的  25-26
第2章实验方法  26-32
  2.1 实验材料  26
  2.2 热处理  26-29
    2.2.1 铸锭的均匀化处理  26-27
    2.2.2 厚板的固溶处理  27
    2.2.3 厚板的时效处理  27-29
      2.2.3.1 25mm厚热轧板时效处理  27-28
      2.2.3.2 25mm厚预拉伸板时效处理  28-29
  2.3 样品的制备与实验方法  29-32
    2.3.1 金相、扫描样品的制备  29
    2.3.2 透射样品的制备  29
    2.3.3 DSC及电导率样品的制备及实验方法  29-30
    2.3.4 XRD样品的制备及实验方法  30
    2.3.5 拉伸试样的制备及实验方法  30
    2.3.6 剥落腐蚀试样的制备及实验方法  30-32
第3章铸锭均匀化处理的研究  32-56
  3.1 Φ170mm普通半连续铸造圆锭铸态组织及均匀化处理的研究  32-43
    3.1.1 Φ170mm普通半连续铸造圆锭铸态组织的研究  32-36
      3.1.1.1 Φ170mm普通半连续铸造圆锭铸态组织DSC分析  32-33
      3.1.1.2 Φ170mm普通半连续铸造圆锭铸态组织及相分析  33-36
    3.1.2 Φ170mm普通半连续铸造圆锭均匀化处理后组织的研究  36-43
      3.1.2.1 Φ170mm普通半连续铸造圆锭均匀化处理后组织DSC分析  36-38
      3.1.2.2 Φ170mm普通半连续铸造圆锭均匀化处理后组织及相分析  38-43
  3.2 440mm~200mm电磁半连续铸造方锭铸态组织及均匀化处理的研究  43-56
    3.2.1 440mm×200mm电磁半连续铸造方锭铸态组织的研究  44-47
      3.2.1.1 440mm×200mm电磁半连续铸造方锭铸态组织DSC分析  44
      3.2.1.2 440mm×200mm电磁半连续铸造方锭铸态组织及相分析  44-47
    3.2.2 440mm×200mm电磁半连续铸造方锭均匀化处理后组织的研究  47-56
      3.2.2.1 440mm×200mm电磁半连续铸造方锭均匀化处理后组织DSC分析  48-49
      3.2.2.2 440mm×200mm电磁半连续铸造方锭均匀化处理后组织及相分析  49-56
第4章板材固溶与时效处理的研究  56-77
  4.1 25mm厚热轧板固溶与时效处理的研究  56-68
    4.1.1 25mm厚热轧板的研究  56-58
      4.1.1.1 25mm厚热轧板组织DSC分析  56-57
      4.1.1.2 25mm厚热轧板组织及相分析  57-58
    4.1.2 25mm厚热轧板固溶处理的研究  58-63
      4.1.2.1 25mm厚热轧板固溶处理后组织DSC分析  58-60
      4.1.2.2 25mm厚热轧板固溶处理后组织及相分析  60-63
    4.1.3 25mm厚热轧板时效处理的研究  63-68
      4.1.3.1 第二级时效处理温度为175℃和185℃的三级时效处理  63-66
      4.1.3.2 第一级时效处理为110℃(?)24h→120℃和120℃(?)24h→130℃的三级时效处理  66-68
  4.2 25mm厚预拉伸板时效处理的研究  68-77
    4.2.1 25mm厚预拉伸板的研究  68-71
      4.2.1.1 25mm厚预拉伸板组织DSC分析  68-69
      4.2.1.2 25mm厚预拉伸板组织及相分析  69-71
    4.2.2 25mm厚预拉伸板时效处理的研究  71-77
      4.2.2.1 不同时效处理后合金性能的比较  71-73
      4.2.2.2 不同时效处理后合金组织的比较  73-77
第5章实验结论  77-78
参考文献  78-82
致谢  82

Al-8.0Zn-2.1Mg-2.3Cu超高强度铝合金铸锭均匀化处理及其板材的三级时效处理的研究

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