10148石油化工-應(yīng)用物理學專業(yè)綜合評價支撐材料8.2十名優(yōu)秀校友簡介

第34 增2013 6

l．34 013熱處理工藝對 合金微觀組織與尺寸穩(wěn)定性的影 私1，王晨充2，姜龍濤2，2，(1遼寧石油化工大學機械，遼寧撫 2哈爾濱工業(yè)大學材料科學與，黑龍江哈爾 要:采用冷熱循環(huán)熱處理工藝(改變的T7熱處理工藝)來調(diào)整2A12鋁合金顯微組織從而提高其材料的尺寸穩(wěn)定性。結(jié)果表明:該熱處理方法與常見T6工藝T4工藝對比其鋁合金的抗拉強度屈服強度微屈服強度都明顯高于T6工藝15%更優(yōu)于T4工藝。顯微組織觀察表明:經(jīng)過深冷循環(huán)處理的鋁合金材料的體積收縮使得材料內(nèi)部產(chǎn)生了大量的位錯和亞晶等鋁合金晶粒沒有明顯再結(jié)晶回復(fù)同時強化相已完全轉(zhuǎn)化為S’相相比T6工藝析出相析出更完全分布更加均勻從而提高其各種力學性能和尺寸穩(wěn)定性。采用無負載條件下測試尺寸穩(wěn)定性的結(jié)果表示:在相同條件下，T7工藝下比T4工藝下的尺寸穩(wěn)定性提高了30%。:鋁合金; 號:TG146. 文獻標志碼: 文章編號:10096264(2013)增0041Effectofheattreatmentprocessonmicrostructureanddimensionalstabilityof2A12aluminumalloyWANGXu1，2，WUSi1，WANGChen-chong2，JIANGLong-tao2，WUGao-hui2，JIANGDa-ming2(1SchoolofMechanicalEngineering，LiaoningShihuaUniversity，F(xiàn)ushun113001，China;2SchoolofMaterialsScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin:InfluenceofheattreatmentprocessofT4，T6andcryogenicthermalcyclingtreatmentaftersolutiontreating(modifiedT7)onmicrostructure，propertiesanddimensionalstabilityofa2A12aluminumalloywasvsgatd．TheresultsshowthatcomparedwiththenormalheattreatmentsT6andT4，thetensilestrength，yieldstrengthandmicroyieldstrengthofthealuminumalloycomealongwaybyT7，15%higherthanT6，andmuchmorethan4．Themicrostructureshowsthataftertreatedbythethermalcycletest(T7)，nosignificantrecoveryandrecrystallizationprocessareobservedin2A12aluminumls．Thegrainsdeflectedandtheneworientationsblockedthedislocationp．ThelavestransformedtoS’phasery．ComparedwithT6，themechanicalpropertiesanddimensionalstabilityareraisedbecauseofthelavesunderT7arecompleyprecipitatedanduniformlysrd．Thedimensionalstabilitytestedresultsshowthatthedimensionalstabilityof2A12aluminumalloytreatedbyT7is30%higherthan4．:aluminumalloy;thermocyclingheattreatment;microstructure;dimensional鋁合金以其密度低強度高熱加工性能好等優(yōu)點一直是航空航天新型軌道交通裝備制造業(yè)等眾多領(lǐng)域中常見的最主要結(jié)構(gòu)材料1］。鋁合金采用鑄造粉末冶金電磁攪拌和噴射成型等技術(shù)錠、板棒等材料再通過熱加工方法如:軋制擠壓鍛造等技術(shù)加工出所需的各類產(chǎn)品并通過時效熱處理來調(diào)整合金強韌化特性。由于各系列合金的化學成分、熔煉和凝固方式加工工藝及熱處理制度不同鋁合收稿日期:201201 修訂日期:201303基金項目 遼寧石油化工大學校科研創(chuàng)新基金(2011XJJ 王旭(1979—)，男講師從事金屬材料及金屬基復(fù)合材料的研究10多篇，Email:wx @htl．com。

金的綜合性能仍然有很大的差別［5-7］其中l(wèi)ug系合金以其高的比強度比剛耐候性等優(yōu)良性能使得該系列的鋁合金料于儀表及慣件現(xiàn)今對于高精度的慣性測量儀器儀表而選用的高強度鋁合金時應(yīng)滿足在使役條件下，材料具有較高的尺寸穩(wěn)定性及較低的殘余應(yīng)力這將對高加工過程及存放一段時間后零件的高精度的喪失的文曲小變化和高精度反射鏡平面度的微小變化及 材料熱處理學 第34高精度陀螺儀表的質(zhì)心漂移等現(xiàn)象。這些諸多現(xiàn)象的背后研究人員均發(fā)現(xiàn)直接或間接與材料尺寸穩(wěn)定性］。一般金屬材料的在于尺寸穩(wěn)定性研究時主要涉及材料的相穩(wěn)定組織穩(wěn)定及應(yīng)力穩(wěn)定等

60mm1所示1實驗材料的化學成分質(zhì)量分數(shù)Table1Chemicalcompositionofexperimental(mass0.0.4.1.0.＜0.余應(yīng)力結(jié)果的推算分析等［11］212鋁合金為研究對象通過分析不同熱處理工藝對材料的微屈服強度屈服強度、。實驗原材料為2A12鋁合金熱軋板其厚度為

13種不同熱處理工藝下的工藝流程其中兩種為典型的熱處理工藝。圖1(a)中T4工藝為:固溶溫度495保溫2h后空冷自然時效。圖1b)中T6工藝為固溶4952h后空冷，190℃×8h時效。1(c)中T7新型深冷+急熱循環(huán)交變的熱處理方法工藝為固溶4952h后空冷，190℃×2h時效直接在在液氮(－196下進行急速冷卻30min后連續(xù)循環(huán)4個回合。圖12A12鋁合金3種不同工藝下熱處理工藝流程示意圖(a)T4工藝 (b)T6工藝 (c)T7工g．1Schematicdiagramsofheattreatmentprocessforaluminumalloy2A12(a)T4 (b)T6 (c)T6本文采用連續(xù)加載法對材料的σ0.0001進行了測試 是引起材料產(chǎn)生10－6殘余形變所對應(yīng)的應(yīng)力0.值。σ00001測試材料試樣尺寸如2所示。續(xù)加載試驗于室溫下在Instron5569電子拉伸試驗機上進試能直接測試出微屈服強度屈服強度抗拉強度十字頭橫梁的位移速0.5mmmin采用引伸計記錄應(yīng)力σ-應(yīng)變ε)曲線引伸計標距為10mm傳感器精106。參照精密儀表溫度沖擊的工作狀態(tài)提出了交變溫度下材料尺寸變化的實時檢測的新方法較之前常見的殘余應(yīng)力測試法(只能間接推算結(jié)果)圓環(huán)開口法(測量精度不高時間周期長)測試方法更加合

22A12鋁合金拉伸試樣尺寸(g．2Tensilespecimenof2A12aluminumalloy(試樣剩余長度累計循環(huán)若干次以后便可清晰地檢測到材料的尺寸變化本試驗循環(huán)溫度為20～150℃條件下加熱冷卻速率為8℃/n循環(huán)15次在循環(huán)到20℃時保溫25n后檢測并記錄試樣長度測試精度可達到10－7具體流程如圖3所示。冷熱沖擊過程中試樣經(jīng)不同次數(shù)的交變溫度循環(huán)后其單位尺寸的變化量可用下式表示:理準確及快捷［12］。通過設(shè)定一定的變溫速率和循

=Li－增 王旭等:熱處理工藝對2A12合金微觀組織與尺寸穩(wěn)定性的影響 320℃～150℃之間冷熱循環(huán)的溫度時間曲線g．3Thermocyclingtestprocessforofmeasuringdimensionstabilityofaluminumalloy2A12式中Lo—試樣在起始測試點(20℃)的尺寸Li—試樣經(jīng)i20℃測量時尺寸。寸變化規(guī)律可同時獲得每次冷熱循環(huán)后試樣尺寸的變化量以及固定環(huán)次數(shù)下的尺寸變化總量從而可以更加方便直觀地對材料的無負載的條件下尺寸穩(wěn)定性進行評價。顯微組織分析分別在ZEISS-40MAT光學顯微

鏡和PhilipsCM-12透射電鏡(TEM)上進行。透射電鏡的加速電壓分別為120kV和200kV。TEM樣品的減薄方式為:試樣經(jīng)機械加工減薄至0.1mm后，用電解雙噴法制成透射電鏡試樣。電解雙噴液化學成分為30%的硝酸+70%的甲醇。雙噴液的工作溫度為35工作電壓為15V。圖4為212鋁合金3由圖4晶在沿晶界遷移過程中正在因此，而。42A12鋁合金沿軋制方向上經(jīng)兩種不同工藝處理后的顯微組a)T4工藝;(b)T6工藝;(b)T7工g．3Opticalmicrostructureof2A12aluminumalloyinrollingdirectionafterdifferentheattreatments(a)T4;(b)T6;(c)T7圖5為4673種工藝下的微屈服強度的變化其中圖5(a)為3種工藝的拉伸曲線中的微屈服強度段的變化圖圖5(b)3種材料微屈服強度屈服強度的對比圖?？梢?12合金通過6工藝處理后材料的微屈服強度屈服強度都較4工藝下的提高近100%而通過7工藝處理后其微屈服強度較6工藝又提高了15%其屈服強度較6工藝提高了10%。從微屈服強度屈服強度兩方面均可看到材料的力學性能7工藝明顯好于其它兩種熱處理工藝。即在相同條件下較高的微屈服強更有利于材料保持良好的尺寸穩(wěn)定性7］。

圖6所示為3種不同的時效熱處理方式下212鋁合金在20～150℃之間冷熱沖擊條件下的所顯示的尺寸穩(wěn)定性結(jié)果212鋁合金分別經(jīng)不同時效工藝處理后在冷熱沖擊條件下第一次第二次循環(huán)過程后3種狀態(tài)的材料都發(fā)生了明顯的變化但7工藝的變化量明顯低于其它兩種工藝隨著后續(xù)循環(huán)過程增加三種工藝都沒有明顯的變化。分析結(jié)果可得經(jīng)67處理后其尺寸穩(wěn)定性都優(yōu)于4工藝下的鋁合金材料。采用7熱處理工藝后較4工藝尺寸穩(wěn)定性提高了33%較6工藝下尺寸穩(wěn)定性提高了15%。 材料熱處理學 第34圖6 不同的熱處理工藝下在20～150℃g．6Curvesofdimensionchangess．cyclingtimesof2A12aluminumalloyspecimencyclicallytreatedat20 150℃52A12鋁合金軋制方向上3種不同工藝下的微屈服強度屈服強度(a)微屈服強度、屈服強度曲線圖b)微屈服強度屈服強度對比圖g．5Microyieldstrengthandyieldstrengthof2A12aluminumalloyinrollingdirectionafterdifferentheattreatments(a)stressstraincurves;(b)comparisonbetweenmicroyieldstrengthandyieldstrength

圖7為212TTT7處理后的TEM顯微織。圖7(a)為經(jīng)T4處后的的強化相相θ相并沒有充分析出生長的很小且在基體中分布的均勻性很差。圖7(b)為經(jīng)過T6處S'相θ'中分布較T4工藝均勻7(c7(d)可見，T7處S'位錯網(wǎng)絡(luò)與同時又與θ'，。圖72A12鋁合金軋制方向上3種不同工藝下的TEM(a)T4工藝;(b)T6工藝;(c)T7工藝;(d)T7工藝g．7TEMimagesshowingmicrostructureof2A12aluminumalloyafterdifferentheattreatments(a)T4;(b)T6;(c)andd)T7從材料析出相的生長機理上分析:一般在金屬材料內(nèi)部存在大量位錯時:一方面為析出相提供大量非均勻形核的有利場所還能縮短形核的孕育期加速析出相的形核過程;另一方面還將提升材料內(nèi)部溶質(zhì)原子的擴散率進一步加速析出相的長大。這兩方面都將最終提高析出相的形核密度及長大速率。在本文中采用7工藝中冷熱循環(huán)處理過程會造成鋁合金材料內(nèi)部晶粒取向的變化以及基體合金與析出相

之間呈現(xiàn)不同的熱錯配現(xiàn)象從而導致在材料的內(nèi)部產(chǎn)生部分的微塑變使得基體合金中出現(xiàn)了較多的位］。這與陳鼎］研究深冷處理的影響規(guī)律時發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部會發(fā)生晶粒的轉(zhuǎn)動使得材料的比體積發(fā)生一定的變化使得材料內(nèi)部產(chǎn)生了大量的位錯和亞晶等在后續(xù)加熱回復(fù)過程中材料更易于產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶并形成了再結(jié)晶織構(gòu)當受載過程中，大量的織構(gòu)阻礙了部分位錯的滑移開動最終導致材增 王旭等:熱處理工藝對2A12合金微觀組織與尺寸穩(wěn)定性的影響 工藝微屈服強度分別提高了100%和11520～150℃

性T6T7熱處理工藝較T4工藝分別提高33%鋁合金尺寸穩(wěn)定性的提高是由于大量脫溶沉淀相的析出這將利于阻礙位錯開動以提高合金的微屈服強度。參考 PNeuhauen．．5［2］周明哲易丹青蔡金伶等．熱對航空用2E12鋁合金組織演變及疲勞性能的影響J．材料熱處理學報，2011，32(1):49ZHOUMingzhe，YIDanqing，CAIJinling，etl．Effectofheatexposureonmicrostructureandfatiguepropertiesofaerial2E12aluminumy．J．TransactionsofMaterialsandTreatment，2011，32(1):49［3］LulayKE，KhanK，ChaayaDTheeffectofcryogenictreatmentson7075aluminumalloyJ．JournalofMaterialsEngineeringandPerformance，2002，11(5):4790．［4］斌潘清林肖艷蘋等．時效工藝對AlZnCuMgScZr合金組織與性能的影響J．材料熱處理學報，2011，32(8):47LIWenbin，PANQinglin，XIAOYan，etl．EffectofagingprocessesonmicrostructureandpropertiesofAlZnCuMgScZrJ．3［5］SrivatsanTS，LanningD，SonKKMicrostructureandtensilepropertiesandfracturebehaviourofanAlCuMgalloy2124J．JournalofMaterialsScience，1993，28(12):32053．［6］WangXF，SunDL，WuGHEffectsofaginginelectricfieldon2024alloyJ．TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina，2002，12(2)2836［7］王柯映林．深冷處理消除7050鋁合金殘余應(yīng)力的研究J．浙江大學學報:工學版，2003，37(6):7481WANGQiucheng，KEYingn．Reliefofresidualstressesin7050aluminumalloybydeepcryogenictreatmentJ．JournalofZhejiangUniversity:EngineeringScience，2003，37(6):7481．［8］彭北山寧愛林莫亞武等2024鋁合金組織和性能的影響J．輕合金加工技術(shù)2008，26(1)30PENGBeishan，NINGAilin，MUOYawu，etl．Effectsofsuperplasticpretreatmentonthemicrostructureandpropertiesof2024al