固溶時(shí)效處理對鋁銅合金力學(xué)性能影響的研究

宮藍(lán)波 田俊

摘要：AlCu合金的力學(xué)性能是對該合金的全面應(yīng)用與開發(fā)研究重要參考，本論文著重總結(jié)從固溶時(shí)效處理對AlCu合金為基本而研究其在不同固溶時(shí)效處理實(shí)驗(yàn)操作條件下的顯微組織和力學(xué)性能的變化。

關(guān)鍵詞：AlCu合金；固溶時(shí)效；力學(xué)性能

Al合金因其密度低、塑性好、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、成型性好、導(dǎo)電與導(dǎo)熱性優(yōu)良等特點(diǎn)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與使用中起到不容忽視的作用，涉及到航空航天、機(jī)械制造、工程建筑等各個領(lǐng)域，近年來國際更是十分重視對它的深入開發(fā)和應(yīng)用。通過對AlCu合金顯微組織與力學(xué)性質(zhì)的研究已經(jīng)成為當(dāng)今世界應(yīng)用開發(fā)的一個重要方面。

一、固溶時(shí)效處理對AlCu合金的顯微組織及力學(xué)性能影響研究現(xiàn)狀

AlCu合金的熱處理對其顯微組織及力學(xué)性質(zhì)有直接影響。從對其開發(fā)與應(yīng)用角度來講，研究固溶處理的溫度與時(shí)間以及時(shí)效強(qiáng)化對合金顯微組織及力學(xué)性能的影響至關(guān)重要。

JaeHo JANGl，等人在文獻(xiàn)[1]中提到AlCu合金的力學(xué)性能隨著固溶處理溫度的升高先增加，然后降低。人工時(shí)效處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合金經(jīng)180℃，時(shí)效8 h，可以獲得最大的拉伸強(qiáng)度。該實(shí)驗(yàn)以固溶處理為主要處理方式，分別從處理時(shí)間和處理溫度兩個方面進(jìn)行考慮，將固溶處理的時(shí)間、溫度對AlCu合金的力學(xué)性能的影響給出具體規(guī)律總結(jié)。

AlCuMgAg系鋁合金憑借其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能與耐損傷性能被主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，田哲等人在文獻(xiàn)[2]中認(rèn)為，合金的力學(xué)性能是固溶軟化和時(shí)效強(qiáng)化的綜合體現(xiàn)。通過一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)時(shí)效強(qiáng)化效果取決于固溶態(tài)合金中合金元素的固溶程度，對于提高合金強(qiáng)度起到有利性作用，而當(dāng)溫度超過525℃以后，固溶溫度加重了合金的軟化程度，故而使得合金強(qiáng)度下降。

朱坤等在文獻(xiàn)[3]中對于Cu基多元化合物的固溶溫度與時(shí)效溫度對合金力學(xué)性能影響的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)固溶溫度在800900℃時(shí)Cu基合金的硬度隨著固溶溫度的升高而升高，在通過500℃兩小時(shí)的時(shí)效處理后可獲得最高硬度。通過此研究實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步思考在與AlCu有關(guān)的眾多合金當(dāng)中，Cu的存在對于合金熱處理后的硬度性質(zhì)起到一定的推動作用。

范云強(qiáng)等人對研究AlCuLiMgMnZr合金組織與力學(xué)性能使用分級時(shí)效處理的形式，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)先低溫后高溫的三級時(shí)效處理后比一般固溶處理加完全人工時(shí)效處理的合金強(qiáng)度要好很多，其中的第二級時(shí)效時(shí)間越長，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都有相應(yīng)的提高，延伸率有一定的下降；當(dāng)采用先高溫后低溫的雙級時(shí)效處理，還能獲得相比于上述三級時(shí)效處理更好的力學(xué)性能，而且發(fā)現(xiàn)此處理方式的最優(yōu)時(shí)效制度。

對于雙級時(shí)效處理，梁文杰等人在文獻(xiàn)[5]中提到雙級處理可使含鈧的AlCuLiZr合金獲得較為良好的強(qiáng)塑性，其性能與T8峰時(shí)效態(tài)相比，雙級時(shí)效處理可以保證強(qiáng)度基本不變的情況下提高一定的延伸率。將此實(shí)驗(yàn)與范云強(qiáng)等人實(shí)驗(yàn)相比較，對于分級時(shí)效處理對延伸率的影響又有了新的進(jìn)步。

在合金的熱處理過程中，時(shí)效處理方法對于合金的力學(xué)性能的影響也很大。李紅英等人在文獻(xiàn)[6]中表示時(shí)效溫度對合金組織和力學(xué)性能的影響更明顯，而合金強(qiáng)度與時(shí)效時(shí)間在一定范圍內(nèi)成正相關(guān)，達(dá)到峰值以后，隨時(shí)效時(shí)間增長強(qiáng)度出現(xiàn)下降的趨勢。這一結(jié)論在對于合金熱處理研究方面有一定的幫助，但對于同一試件進(jìn)行混合熱處理的情況下該結(jié)論有待考證。

在以上AlCu基合金的固溶時(shí)效處理的研究當(dāng)中，不難看出絕大多數(shù)的AlCu基合金在固溶時(shí)效處理的實(shí)驗(yàn)方面，都會有合金本身相對優(yōu)良的力學(xué)性能對應(yīng)的最優(yōu)處理時(shí)間、處理溫度，而且合金力學(xué)性能與固溶處理的時(shí)間、溫度都分別有對應(yīng)的關(guān)系，這對于AlCu合金熱處理的研究有很大幫助。

二、AlCu合金的前景發(fā)展

通過以上綜述，不難發(fā)現(xiàn)對于AlCu合金多情況下固溶時(shí)效處理得到最優(yōu)力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)條件有必要進(jìn)行深入的研究；AlCu合金中融入其他金屬進(jìn)行熱處理后可能還會有更優(yōu)良的性質(zhì)等待發(fā)掘，在AlCu基方面的創(chuàng)新還有很大的發(fā)展空間。縱觀AlCu合金研究的方向，缺乏對于其特有的性能在新材料方向的應(yīng)用，AlCu合金在未來還有很大的應(yīng)用前景。

致謝

本文在項(xiàng)目16030501200“研究深海油氣田水下機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)”，E309031601160題為“16ky0116鎂合金真空吸鑄微觀組織研究”，E308001602042《宮藍(lán)波cx1601001研究非晶合金的形成過程和組織缺陷”和a18908160102004題為“田俊cs1601004鋁基合金定向凝固力學(xué)性能的研究”的基礎(chǔ)上發(fā)表。也很感謝上海工程技術(shù)大學(xué)的機(jī)器人功能材料制備實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]JaeHo JANG，DaeGeun NAM，YongHo PARK，IkMin PARK.固溶處理和人工時(shí)效對AlCu合金顯微組織和力學(xué)性能的影響（英文）[J].Transactions of NonferrousMetals Soc1iety of China，2013，（03）：631635.

[2]田哲，易丹青，劉會群，王斌，涂曉萱，江勇，唐聰.固溶處理對Al5.8Cu0.6Mg0.6Ag0.3Nd合金組織和力學(xué)性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào)，2015，（09）：23262334.

[3]朱坤，韓振麗，張哲，錢建明.固溶溫度與時(shí)效溫度對銅基多元合金力學(xué)性能的影響[J].熱處理，2008，（03）：4042.

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[5]梁文杰，潘清林，何運(yùn)斌.雙級時(shí)效對含Sc的AlCuLiZr合金組織與性能的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，（08）：22602265.

[6]李紅英，張建飛，歐玲，鄭子樵.時(shí)效處理對新型AlCuLi合金組織與性能的影響[J].金屬熱處理，2007，（03）：4852.