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        20X0鋁鋰合金鑄錠雙級均勻化工藝研究

        2016-12-12 06:21:10滕明和
        鋁加工 2016年2期
        關鍵詞:鑄錠晶界電導率

        滕明和,張 敏

        (西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司,重慶 401326)

        20X0鋁鋰合金鑄錠雙級均勻化工藝研究

        滕明和,張 敏

        (西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司,重慶 401326)

        研究了雙級均勻化制度對20X0鋁鋰合金組織的影響,并對均勻化效果進行了綜合評價。確定該合金的雙級均熱制度為470℃/8h+495℃/24h,在工業(yè)化生產中已經得到了應用。

        晶內偏析;共晶組織;過燒;晶格畸變

        0 前言

        20X0鋁鋰合金是2011年4月在美國鋁業(yè)協(xié)會注冊的可代替?zhèn)鹘y(tǒng)2X24系列合金的一代鋁鋰合金,主要應用于飛機機身和下翼蒙皮制造,是我國實現(xiàn)飛機輕量化制造的重要備選材料。眾所周知,由于溶質重新分配和非平衡結晶,合金在凝固時存在枝晶偏析,在晶界和晶內各組元分布不均勻,必須通過均勻化處理消除或降低晶內化學成分和組織的不均勻性,從而提高合金的塑性,改善合金的熱加工性能和最終使用性能[1、2]。本文通過研究雙級均勻化制度對該鋁鋰合金組織的影響,并通過金相法、面掃描、電導率等方式對均勻化效果進行了綜合評價,制定出該合金合理的雙級均勻化制度,為該合金的工業(yè)化生產提供技術支持。

        1 試樣材料及方法

        試驗所用材料為自產的20X0合金半連續(xù)鑄造方鑄錠,鑄錠尺寸為300mm×1200mm×4000mm,合金的化學成分見表1。

        表1 20X0合金的化學成分(質量分數(shù)/%)

        在已經預先退火的鑄錠上切取25mm×25mm×25mm的小塊試樣,先后進行鑄錠過燒試驗、一級均熱后過燒試驗、雙級均勻化試驗。鑄錠過燒試驗制度:485℃/2h、495℃/2h、505℃/2h、515℃/2h、525℃/2h。一級均熱后過燒試驗制度:470℃/8h+485℃/24h、470℃/8h+495℃/24h、470℃/8h+505℃/24h、470℃/8h+515℃/24h。雙級均勻化試驗制度:470℃/8h+485℃/24h、470℃/8h+495℃/24h。以上試驗均到溫裝爐,到溫計時,出爐空冷。

        過燒試驗和均熱試驗在高溫均熱爐內進行,用掃描電鏡、能譜分析儀、金相顯微鏡進行檢測。

        2 試驗結果及分析

        2.1鑄態(tài)組織特征

        圖1是20X0合金分別通過掃描電鏡和金相觀察得到的微觀組織。從圖1可以看出,大量的非平衡共晶組織沿著晶界富集,枝晶偏析明顯。圖2是20X0合金的面掃描元素分布。從圖2可以看出,鑄錠中的Mg、Mn、Zn、Ag元素基本均勻分布,而Cu元素則在晶界處富集。由以上分析結果可知,20X0合金存在著嚴重的元素偏析,對合金的熱加工性能有著極為不利的影響,必須通過均勻化退火予以消除或降低其影響。

        圖1 鑄態(tài)顯微組織

        圖2 元素面掃描元素分布

        2.2過燒溫度分析

        2.2.1鑄態(tài)過燒溫度分析

        圖3和圖4分別為20X0合金的DSC分析結果和金相檢測結果。從圖3可以看出,試樣的吸熱峰值溫度為507.15℃,有融化跡象的溫度約為497℃。從圖4(b)可以看出,試樣在495℃保溫2h后,出現(xiàn)了過燒。由于試驗誤差和檢測手段不同的影響,DSC分析結果和金相檢測結果有所差別。結合二者檢測結果得出,20X0合金的過燒溫度范圍為490℃~495℃。

        圖4 金相檢測結果

        2.2.2一級均熱后過燒溫度分析

        圖5為20X0合金經470℃/8h均熱后的DS C分析結果。從圖5可以看出,試樣的吸熱峰值溫度為520.83℃,有融化跡象的溫度約為500.58℃。與圖3比較可知,有融化跡象出現(xiàn)的溫度向后推移了約3℃,吸熱峰值向后推移了約13℃。圖6為金相檢測結果。從圖6可以看出,試樣經470℃/8h均熱后,第二級均熱溫度為505℃時出現(xiàn)了過燒。

        圖5 DSC分析結果

        結合二者檢測結果可以得出,20X0合金經一級均熱后的過燒溫度范圍為500℃~505℃。與未進行一級均熱的分析結果比較可知,20X0合金經一級均熱后,過燒點向后推移了約10℃。

        圖6 金相檢測結果

        2.3均勻化效果評價

        2.3.1通過金相法評價均勻化效果

        從圖6(a)、(b)可以看出,當?shù)诙壉販囟葹?85℃時,晶界富集的非平衡共晶組織逐漸溶解,但由于均勻化溫度偏低,元素擴散緩慢,在晶界處仍有明顯的非平衡共晶組織;當?shù)诙壉販囟葹?95℃時,晶界殘留化合物數(shù)量較少,晶界變得更加清晰平直,表明合金已充分均勻化。

        2.3.2通過面掃描評價均勻化效果

        考慮到鑄錠組織中的Mn、Mg、Zn、Ag元素基本均勻分布,而Cu元素在晶界處富集,因此,面掃描時只考慮Cu元素分布的變化。從圖7可以看出,隨著第二級均勻化溫度的提高,富集于晶界處的Cu原子逐漸向晶內擴散,第二級均勻化退火溫度為485℃時,Cu元素擴散不充分,第二級均勻化退火溫度為495℃時,Cu元素基本均勻分布。

        圖7 不同均熱制度均勻化后Cu元素分布

        2.3.3通過電導率評價均勻化效果

        表2 電導率檢測結果(MS/M)

        從表2可以看出,電導率隨著均勻化溫度的提高逐漸增加。這是因為在均勻化過程中,鑄造應力進一步消失,晶內的合金元素偏析程度逐漸減小,減弱了基體點陣的晶格畸變程度,使得基體點陣中電子散射源的密度減小,導電電子的平均自由程增大,從而合金電導率增大[3、4、5]。因此,在表2均熱制度中,在確保鑄錠不發(fā)生過燒的情況下,470℃/8h+495℃/24h均勻化效果最好。

        3 結論

        (1)鑄態(tài)20X0鋁鋰合金組織中存在嚴重的元素偏析,鑄錠中的Mn、Mg、Ag、Zn元素基本均勻分布,而Cu元素則在晶界處明顯富集。

        (2)結合DSC分析和金相檢測綜合判斷,20X0合金的過燒溫度范圍為490~495℃,經一級均熱后過燒溫度范圍為500~505℃,過燒點向后推移了約10℃。

        (3)通過金相法、面掃描、電導率等方式對均勻化效果進行了綜合評價,確定20X0鋁鋰合金的最佳均熱制度:470℃/8h+495℃/24h,目前該工藝已經應用到工業(yè)生產中。

        [1]王祝堂,田榮璋.鋁合金及其加工手冊[M].中南工業(yè)大學出版社,2000

        [2]《鋁合金熱處理》編寫小組.《鋁合金熱處理》[M].冶金工業(yè)出版社,1972

        [3]李成侶,潘清林.2124合金雙級均勻化工藝研究[J]. 中國有色金屬學報,2010. 2

        [4]李松瑞,周善初.金屬熱處理[M].中南大學出版社,2003

        [5]李薦,錢曉明.6061鋁合金均勻化熱處理效果評價及工藝優(yōu)化研究[J].材料熱處理技術,2011. 11

        (編輯:楊毅)

        Research on Two-stage Homogenization Process for 20X0 Al-Li Alloy Ingot

        TENG Ming-he,ZHANG Min
        (Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)

        Effect of two-stage homogenization system on microstructure of 20X0 Al-Li alloy was researched,and homogenization effectiveness was evaluated. It was determined that homogenization system of the alloy was 470℃/8h+495℃/24h,which had been applied in industrial production.

        grain segregation; eutectic structure; overburning; lattice distortion

        TG166.3

        B

        1005-4898(2016)02-0027-05

        10.3969/j.issn.1005-4898.2016.02.05

        滕明和(1985-),男,貴州思南縣人,大學本科。

        2016-01-20

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