2014铝合金的形变时效处理

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 收稿日期 : 2000212229 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G19990649002924)· 作者简介 : 赵　刚 (1952 - ) ,男 ,辽宁海城人 ,东北大学教授 ; 刘春明 (1961 - ) ,男 ,陕西渭南人 ,东北大学教授 ,博士生导师· 2 0 0 1 年 12 月 第 2 2卷第 6期 东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Northeastern University (Natural Science) Dec. 2 0 0 1 Vol122 ,No. 6 文章编号 : 100523026 (2001) 0620664204 2014 铝合金的形变时效处理 赵 　刚 , 李洪晓 , 刘春明 , 郭亚萍 (东北大学 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 与冶金学院 , 辽宁 沈阳　110004) 摘 　　　要 : 采用拉伸实验、透射电镜和光学金相法 ,研究了固溶处理水淬后较大程度冷变形对 2014 铝合金时效后组织和性能的影响·结果指出 :采用较大变形程度 (65 %)冷轧 ,再进行低温短时 间时效 (160 ℃,30 min) ,可使 2014 合金的强度得到显著提高 (σb = 568 MPa) ,其延伸率 (δ= 1116 %)仍不低于常规时效处理 (固溶处理 ,水淬 ,160 ℃,12 h) 的延伸率 ;经这样冷变形的 2014 合 金 ,在稍高温度短时间回复处理 ,将导致时效强化能力显著降低· 关 　键 　词 : 2014 合金 ;铝合金 ;形变热处理 ;时效 ;沉淀相 ;回复 ;亚晶 ;变形带 中图分类号 : TG 16613 　　　文献标识码 : A 铝合金的形变热处理可分为中间形变热处理 和最终形变热处理[1 ]·前者是改善铝合金的成形 性[1 ] ,获得超塑性[2 ,3 ]或提高 7000 系铝合金的综 合性能[1 ]·后者包括 : ①冷加工和低温时效 ,目的 是不降低塑性和韧性的条件下提高强度[1 ] ; ②温 加工和较高温度时效 ,目的是获得最佳强度和抗 应力腐蚀性能的配合 [1 ] 或提高合金的热稳定 性[4 ,5 ]·冷加工和低温时效通常是在固溶处理后 冷变形 ,再自然或人工时效·但一般采用的冷变形 量不超过30 %[6 ,7 ]·采用较大冷变形量的研究不 多[8 ]· 关于 2014 合金的形变热处理已有一些报 道[1 ,4 ,9 ,10 ] ,但采用固溶处理后冷变形再时效提高 其强度的研究还很少·本文的目的是研究固溶处 理后较大程度冷变形对 2014 合金时效后组织和 性能的影响 ,探索在不降低 2014 合金塑性和韧性 的条件下提高其强度的途径· 1 　实验 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 实验用材料为东北轻合金加工厂提供的 250 mm ×25 mm ×800 mm 锻造板坯 ,其化学成分见 表 1·沿板坯纵向轧制 ,450 ℃热轧到 8 mm 和 515 mm 厚·将 8 mm 板材经 510 ℃,40 min 固溶处理 水淬后 30 min 之内冷轧成 218 mm 厚的薄板 (变 形量为 65 %) ·515 mm 板材经 420 ℃中间退火 , 再冷轧成厚度为 117 mm 的薄板·沿薄板横向取 板状拉伸样品 ,其标距长度和宽度分别为 45 mm 和 10 mm·自薄板取 15 mm 见方的样品 ,热处理 后检验板材纵断面光学金相组织 ,然后将其机械 减薄到 0106 mm ,采用 10 %高氯酸酒精溶液在 10 ℃下双喷减薄制备透射电镜样品 ,并用离子减薄 法清理样品· 表 1 　2014 合金的化学成分 (质量分数) Table 1 　Chemical composition of 2014 alloy % 　　 Cu Mg Mn Fe Si Zn Ti Ni Cr Re 4. 42 0. 54 0. 89 0. 20 0. 91 < 0. 20 < 0. 10 < 0. 05 < 0. 01 < 0. 005 将 218 mm 薄板于冷轧后 24 h 内分别在 230 ,290 ,360 和 400 ℃回复 5 ,15 和 40 min ,然后 水淬 ,再进行 160 ℃,12 h 时效·将 117 mm 薄板 在 510 ℃固溶 25 min 后水淬 ,再在 160 ℃时效 015 ,2 ,6 ,12 和 24 h·部分 218 mm 薄板也进行 160 ℃不同时间的时效·510 ℃固溶处理及 230 ,290 ,360 和 400 ℃回复处理在盐浴炉中进行 ,160℃时效处理采用烘干箱 ,温度控制为 ±2 ℃·拉伸实验使用日本岛津 A G2250 KN E 试验机 ,取 4 个拉伸样品的平均值·使用的透射电镜为 EM2420· © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 2 　实验结果 经 510 ℃,25 min 固溶水淬的 117 mm 薄板以 及经固溶处理并冷轧 65 %的 218 mm 薄板 ,在 160 ℃时效的力学性能随时效时间的变化如图 1 所示· 固溶处理并冷轧的 2014 合金具有很高的σb 和 σ012 ,在 160 ℃时效 ,随时间增加 ,σb 略有降低 ,σ0. 2 逐渐升高 ,而延伸率明显下降·值得注意的是与常 规峰时效处理 (160 ℃,12 h)相比 ,65 %冷轧的 2014 合金 ,在 160 ℃时效 0. 5 h ,不仅能大幅度提高其强 度(σb = 568 MPa , σ0. 2 = 498 MPa) ,而且还能获得 良好的延伸率 (δ= 1116 %)· 　 合金经固溶处理水淬和 65 %冷轧变形后 ,先 在不同温度回复 5 , 15 和 40 min ,再在 160 ℃时 效 12 h ,其回复温度和时间对合金力学性能的影 响见图 2·随回复温度升高 ,合金的强度明显降低 , 　 而且σ0. 2/σb 变小 ,但延伸率逐渐升高·当回复温度 升高到 360 ℃时 ,合金的延伸率与固溶处理水淬后 直接进行 160 ℃,12 h 常规时效处理的相似 ,但其 强度显著降低 (σb = 307～284 MPa , σ0. 2 = 252～ 218 MPa)·回复时间的影响没有回复温度明显· 2014 合金固溶处理并冷变形后 ,在 160 ℃时 效 30 min 的光学金相组织与冷变形后相似 ,见图 3a·在 160 ℃时效 12 h ,晶粒沿轧制方向拉长的特 征消失 ,出现与轧制方向成一定角度的剪切带痕 迹 ,见图 3b·在较高的放大倍数下 ,在剪切带上可 见细小的沉淀相·在 230 ℃回复 15 min ,再经 160 ℃时效 ,其剪切带痕迹更为明显 (见图 3c) ,在其 上非均匀沉淀相的数量增加尺寸增大·当回复温 度达到 290 ℃时 ,合金的剪切带痕迹开始消失 ,其 基体上析出比较均匀细小的沉淀相 ,但未见明显 的再结晶晶粒·回复温度进一步升高 ,合金的组织 形貌变化不大 ,仅仅是析出相逐渐长大· 透射电镜组织观察表明 ,2014 合金固溶处理 后 ,进行 65 %的冷轧变形 ,其组织为高密度的位 错缠结 ,未见有沉淀相析出·将其在 160 ℃时效 30 min ,合金显微组织由位错胞结构组成 ,见图 4a ,在更高的放大倍下也未见胞内和胞壁中有轮 廓清晰的沉淀相析出·在 160 ℃时效到 12 h ,合金 中位错胞结构的胞壁变薄变少 ,胞尺寸长大 ,还可 见粗大的滑移带 ,并发生明显的沉淀·在较大尺寸 胞内析出相尺寸和形貌如图 4b ,其沉淀相的尺寸 和分布与固溶处理后直接在 160 ℃时效 12 h 的 相似 ,但前者组织中很难找到清晰的晶界 ,后者组 织中晶界析出相和晶界无析出带明显·冷轧 65 % 的合金 ,经 230 ℃回复 15 min 再进行 160 ℃,12 h 时效 ,其显微组织与冷变形后在 160 ℃时效 12 h 的合金相似·当回复温度达到 290 ℃时 ,合金组织 中不仅析出相粗大 ,而且部分区域还形成亚晶粒 , 见图 4c·回复温度进一步升高 ,合金中沉淀相长 大 ,亚晶增多尺寸增大· 3 　讨　　论 固溶处理水淬并冷轧 65 %的 2014 合金 ,在 160 ℃时效 30 min ,其延伸率不比常规时效处理 的低 ,而强度得到大幅度提高·透射电镜研究结果 证明 ,其组织中含有大量的位错胞 (见图 4a) ,并 处在 GP 区状态·这种冷轧态的过饱和固溶体在 160 ℃短时间时效时 ,在位错移动及其相互作用 形成位错胞结构的同时溶质也发生重新分配·位 错重排和溶质重新分配的相互作用 ,可能使合金 不仅发挥了加工硬化的作用 ,而且由于 GP 区与 566第 6 期 　　　 　　　　　　赵 　刚等 : 2014 铝合金的形变时效处理 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 位错相互配合使位错还有再运动的能力 ,因此合 金还有很好的延伸率·随时效时间的延长 ,合金中 位错胞壁变窄变少 ,并有大量的析出相弥散地析 出 (见图 4b) ,这些析出相限制位错的再运动 ,使 合金屈服强度提高 ,但合金继续变形能力很差 ,因 此延伸率较低 (见图 1)· 图 3 　2014 合金固溶处理并冷轧 65 %后不同时效状态的显微组织 Fig. 3 　Microstructure s of 2014 alloy aged variously after 65 % cold2rolling following solution treatment (a) —160 ℃,30 min ; (b) —160 ℃,12 h ; (c) —230 ℃,15 min + 160 ℃,12 h· 图 4 　2014 合金经 510 ℃固溶处理后不同状态的透射电镜显微组织 Fig. 4 　Microstructure s of 2014 alloy under different conditions after solution treatment (a) —65 %冷轧 + 160 ℃,30 min ; (b) —65 %冷轧 + 160 ℃,12 h ; (c) —65 %冷轧 + 290 ℃,15 min + 160 ℃,12 h· 由图 3 可见 ,合金冷轧后 ,其晶粒沿轧制纵向 拉长·在随后加热时效过程显现出剪切带 ,并有析 出相择优在其上析出长大 ,说明时效过程溶质向 剪切带偏聚并择优形成析出相 ,引起局部取向差 增大而显现出剪切带的痕迹·在非剪切带处 ,析出 相的尺寸、数量和分布与未冷变形的相似 ,见图 4b·由于剪切带分布不均匀而且数量少 ,因此冷变 形对合金在 160 ℃时效时基体析出相析出的特点 影响不大·这一点与文献 [ 8 ]报道的冷变形对 Al2 Cu2Mg 合金中 s′相析出行为的影响相同· 2014 合金固溶处理水淬并冷轧 65 %后 ,先在 较高温度 ( > 290 ℃) 回复 ,合金可得到细小的亚 晶组织 ,但起强化作用的析出相明显粗化 (见图 4c) ,因此合金时效硬化效果变小·由于析出相数 量减少、间距增大导致对位错开始运动的障碍减 少 ,因此随回复温度升高合金的屈服强度比抗拉 强度降低的更多 ,其σ0. 2/σb 更小· 4 　结　　论 (1) 2014 合金固溶处理水淬并进行 65 %冷 轧 ,再在 160 ℃时效 30 min ,不仅具有与常规时效 处理相同的延伸率 (δ= 11 %) ,而且其强度可得 到大幅度提高 (σb = 568 MPa)· (2) 固溶水淬后 ,65 %冷轧变形对 2014 合金 在 160 ℃,12 h 时效的基体析出相尺寸和数量影 响不大 ,但变形产生的非均匀分布的剪切带为析 出相提供优先形核长大的位置· (3) 固溶处理水淬并冷变形后的 2014 合金 , 经稍高温度短时间回复处理 ,虽然可获得尺寸细 小的亚晶组织 ,但同时引起析出相粗化 ,导致时效 强化能力显著降低· 666 东北大学学报 (自然科学版) 　　　　　 　　　　　　第 22 卷 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 参考文献 : [ 1 ] Wanhill R J H , Gestel G F J A van. Thermo2mechanical treatment of aluminum alloys[J ] . Aluminum , 1978 ,54 (9) : 573 - 580. [ 2 ] Avramovic2Cingara G , Perovic D D , McQueen H J . An overview for thermomechanical processing of Al2Li based alloy , Part Ⅰ[J ] . Aluminum , 2000 ,76 (4) :313 - 316. [ 3 ] Avramovic2Cingara G , Perovic D D , McQueen H J . An overview for thermomechanical processing of Al2Li based alloy , Part Ⅱ[J ] . Aluminum , 2000 ,76 (5) :402 - 406. [ 4 ] Singh S , Goel D B. Influence of thermomechanical ageing on tensile properties of 2014 aluminum alloy [ J ] . Journal of Materials Science ,1990 ,25 :3894 - 3900. [ 5 ] Wilcox B A , Clauer A H. The influence of microstructure on high temperature creep and tensile deformation of Al2Cu2Mg alloys[ A] . Morris J G. In Thermo2mechanical processing of aluminum alloys [ C ] . New York : Metallurgical Society of AIME , 1979. 127 - 146. 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Thermomechanical Aging of 2014 Aluminum Alloy ZHA O Gang , L I Hong2xiao , L IU Chun2ming , GUO Ya2ping (School of Materials & Metallurgy , Northeastern University , Shenyang 110004 ,China) Abstract: The effect of 65 % cold2rolling after solution treatment and water2quenching on the tensile properties and microstructures of commercial grade 2014 aluminum alloy was investigated by means of tensile test , transmission electron microscope and optical microscope. By means of 65 %cold2rolling after solution treatment and artificial aging at 160 ℃for 30 min , the sheet of 2014 alloy retaining elongation (δ= 1116 %) can obtain higher strength (σb = 568 MPa) than that obtainable with conventional treatment (solution treatment and water2quenching , then 160 ℃,12 h) , and the capacity of age hardening of this cold deformed 2014 alloy can be decreased markedly by short2time recovery at higher temperature before aging. Key words : 2014 alloy ; aluminum alloy ; thermomechanical treatment ; aging ; precipitates ; recovery ; subgrains ; deformation bands ( Received December 29 ,2000) 766第 6 期 　　　 　　　　　　赵 　刚等 : 2014 铝合金的形变时效处理