2014铝合金的形变时效处理

2014铝合金的形变时效处理 2001年12月 第22卷第6期 东北大学学报(自然科学版) JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience) 文章编号:1005.3026(2001)06—0664—04 Dec2001 V01.22.No6 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铝台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?,30min),可使2014合金的强度得到显着提高(b:568MPa),其延伸率(占= 116%)仍不低于常规时效处理(固溶处理,水淬,160?,l2h)的延伸率;经这样冷变形的2014舍 金,在稍高温度短时间回复处理,将导致时效强化龅力显着降低. 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:TG166.3文献标识码:A 铝台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….前者是改善铝合金的成形 性,获得超塑性?一或提高7000系铝合金的综 合性能….后者包括:?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…;?温 加工和较高温度时效,目的是获碍最佳强度和抗 应力腐蚀性能的配合_1_1或提高合金的热稳定 性【,.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%【,.采用较大冷变形量的研究不 多. 关于2014台金的形变热处理已有一些报 道-一lo],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台金时效后组织和 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 实验用材料为东北轻合金加工厂提供的250 mm×25mmX800mm锻造板坯,其化学成分见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1.沿板坯纵向轧制,450?热轧到8mill和5.5 mm厚.将8mm板材经510?.40rain固溶处理 水淬后30min之内冷轧成2.8mm厚的薄板(变 形量为65%).5.5mm板材经420?中间退火, 再冷轧成厚度为1.7mm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45mm 和10mm.自薄板取15m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0.06mm,采用1O%高氯酸酒精溶液在1O ?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1201合金的化学成分c质量分数) Table1Chemicalcompositionof2014allay% 将2.8mm薄板于冷轧后24h内分别在 230,290,360和400?回复5,15和40min.然后 水淬,再进行16012,12h时效.将17rnm薄板 在510?固溶25min后水淬.再在160?时效 05,2.6,12和24h.部分2.8mrn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AG,-25 ?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合金具有很高的和 o_2I在160?时效,随时间增加,略有降低,.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?,12h)相比,65%冷轧的2014 合金.在160?时效0.5不仅能大幅度提高其强 度(b=568MPa,02=498MPa),而且还能获得 良好的延伸率(=11.6%). t/h 图1同溶处理噩同溶处理并冷轧65%的2014台空在 160?时效的力学性能 Fig.1Effectof65%o~ld-rolUngaftersolutionn?nnent 011mechanicalpr目鹊Ol,2014lOyagedaf160? e?0:冷轧,00e:未冷轧; e0:Sh;?0:0”0. 2;00:. 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40rain,再在160?时 效12h,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, 图2合金在不同温度回复5.15和40rain 再进行160?.12h时效的力学性能 Fig2EffectoftemperanJreofrecoveryo(1mechanical properilesoffollowingaged2014alloyat160? for12h 0e:5nain;e@0:1-5m|n;?O:4Omitx; 0e?:b;e00:02;0:a. 665 而且2/b变小,但延伸率逐渐升高.当同复温度 升高到360?时,合金的延伸率与固溶处理水淬后 直接进行160?,12h常规时效处理的相似,但其 强度显着降低(=307,284MPa,02=252, 218MPa).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30min的光学金相组织与冷变形后相似,见图 3a.在160?时效12h,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15min,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,台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台金固溶处理 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 30mln,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12h,台金 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12h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15min再进行160?,12h 时效,其显徽组织与冷变形后=EE160?时效12h 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30mln,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GF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 东北大学学报(自然科学版)第22卷 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 位错胞壁变窄变步.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,固 此延伸率较低(见图1). 图32014合金固溶处理并冷轧65%后不同时效状态的显微组织 Fig3Microstruofuresof2014alloyagedvariouslyafter65%cold?rollingfollowingsolutiontrealment (a)160?30rain;(b)一l6O?12h;(c)23O?15rain160?,12h. 圉42014台金经510”13固溶处理后不同状态的透射电镜显微组謦; Fig.4Microstructuresof2014alloyunderdlfferenlconditionsa?rsolutiontreatment (a)一65%拎轧+160?,30rain;(b)65%冷轧+160?12h; (c)--65%玲轧+290?,15rain+160?.12h. 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A1 Cu—Mg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2/,1b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30min,不仅具有与常规时效 处理相同的延伸率(=11%),而且其强度可得 到大幅度提高(=568MPa). (2)固溶水淬后,55%玲轧变形对2014合金 在150?,12h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 强化能力显着降低. 第6期 参考文献: 赵刚等:2014铝台金的开;变时效处理667 wanhillRJHC-#~tdGFJAvan.Thewn~-meehanical trg~tlllelltofaluminum~oys[J]Akmainum,1978.54(9): 573—580 Avramovic-Cing~aG.Pe~ovicDD.MeQue~Hj.An ovei-vEewfor(hec11Bnicpr0c既目rof-Lihased alloy,pmnI[j]Aluminum,2000,76(4):313—316 Av”cingaraG.Pe~icDD,MeQ~eenHjAn ove~iewforther咖mechanlcp工Dc;sirIgofA1.Lihased alloy.PanII[j]Aluminum,2000,76(5):402—406 SinghS.GodDBInflumeeofthermomeehmaicalageingon tensilepmperti~of2014ahmalnumalloy[JJournalof MateriaksScS~ce,1990,25:3894—3900 WilcoxBA.ClauerAHTheimqu~ofmier~tmctureon hightemperaturecreepta1edeformationof~Cu-Mg olloys[A]MoJGInTherm~meeNmieMprocessingof atumirmmalloys[CjNewYork:Memllurgical~oe[etyof AIME.L979127—146 [6]金子幸屯一.了,Jp二々厶台盎乃工熟理【J.熟匙理 [7] [10] 198l,21(6):331—336 (KanekojThhantl’~-aco%entol…aJd:oys 【JjJournaloftheJaprmSocietyforH叫Freamleut.1981 21【6):331336) LstkowskiAP?Deni?ofthe/dCuMgalloysaKertneru m~hanicatweatment[J]Ahmfinum,1986,62(2:13 115 NourbakhsN8.Nu:dngjThehighst~a/ndefo~tlonof oJumin~4%?pralloyinthesupersaturatedandaged ?mbo【Is【j]AcMe~llurgica.1980.28:357365 (;?skij.robotaAThe~omechanEc~l”ea?ntof 2014atumiauraalloy【J]MaterialsScienceandTechnology. 19884:385340 Esper~ceGL.LorettoMH,RortsWT.alTe propertiesofa2014aluminumalloyintheternperamre趣 250t.500?[j].Meudlurgic~lTransactionsA,1984,15 (5j:913922 ThermomechanicalAgingof2014AluminumAlloy ZHAOGang.LtHong-xiao,LIUChunruing,GUOYa1,ing (SchoolofMaterials&Me~urgy,NortheasternUniversity,Shenyang110004.China) Abstrac~Theeffectof65%cold—rollingaftersolutiontreatmentandwater-quenchingonthetenailepropertiesand ofcommercialgrade2014aluminumalloyw?investigatedbyittesits0{tensiletest.tiar~onelectron m/emaeopeandopticalmicroscopeBymea丑 8of6596cold-m//ingafter5.Iuti0ntreatmentandartificialagingat160?for30 rain,thesheet0{2014alloyretainingelongation(=116%)canobtainhigherstrength(0-b=568MPa)than thatobtainable withconventionaltr嘲枷蚰 t(solutiontreatmentandwater-quenching,then160?,12h).andthecapacityofagehardeningof thiscolddeformed2014alloycanbedecreasedmarkedlybyshort—timereooveryathighertemperaturebeforeaging Keywords:2014alloy;aluminumalloy;thermomechanicaltreatment;agh-xg;precipitates;reoovery;s ubgrns;deformation bands (Rece/r~dDecember29,2000) 12345