陳國亮，陳明和，王 寧，孫佳偉

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AA2024-H18鋁合金同步冷卻熱成形后的強(qiáng)化機(jī)制

陳國亮1, 2，陳明和1，王 寧1，孫佳偉1

(1. 南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京 210016；2. 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院模具技術(shù)系，常州 213164)

為了研究同步冷卻熱成形工藝對(duì)可熱處理鋁合金的顯微組織演變規(guī)律以及強(qiáng)化機(jī)制的影響，選用H18態(tài)AA2024鋁合金板料進(jìn)行同步冷卻熱成形及自然時(shí)效試驗(yàn)，并進(jìn)行力學(xué)性能測試、光學(xué)顯微組織觀察及TEM分析。結(jié)果表明：同步冷卻熱成形工藝對(duì)AA2024鋁合金的顯微組織影響明顯；H18態(tài)AA2024鋁合金板料經(jīng)過同步冷卻熱成形及96 h自然時(shí)效后，試樣變形區(qū)的位錯(cuò)密度增加，并出現(xiàn)細(xì)針狀的Al2CuMg(′)相，使得變形區(qū)的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度分別較冷沖壓工藝試樣提高4%、12%；此時(shí)，AA2024鋁合金的強(qiáng)化機(jī)制主要是彌散相Al20Cu2Mn3(相)和沉淀相Al2CuMg(′相)對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用，以及位錯(cuò)間的相互作用。

同步冷卻熱成形；AA2024鋁合金；顯微組織；強(qiáng)化機(jī)制；力學(xué)性能

可熱處理鋁合金具有質(zhì)輕、耐腐蝕、比強(qiáng)度和比剛度高，良好的損傷容限等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天及交通運(yùn)輸業(yè)中[1?4]。但相對(duì)于低碳鋼而言，常溫下該鋁合金塑性變形范圍窄、彈性模量小，采用常規(guī)冷沖壓工藝加工時(shí)易開裂、回彈嚴(yán)重，很難生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的零件[5]。采用傳統(tǒng)的溫[6?7]/熱[8]成形工藝雖然能改善可熱處理鋁合金的成形性能，但也帶來諸如晶粒長大、能耗高以及生產(chǎn)效率低等新問題。此外，成形后的可熱處理鋁合金零件還需進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理才能獲取所需的力學(xué)性能，但成形零件往往壁厚較薄，在固溶處理過程中容易發(fā)生翹曲變形，從而影響尺寸精度。同步冷卻熱成形工藝[9]可以很好地解決可熱處理鋁合金傳統(tǒng)的室溫及溫/熱成形工藝存在的急需解決的問題，該工藝借鑒高強(qiáng)鋼的熱沖壓[10?13]方法，即利用熱成形改善成形性及淬火(固溶)強(qiáng)化機(jī)理相結(jié)合，演化而來的一種對(duì)可熱處理鋁合金同時(shí)進(jìn)行固溶處理和沖壓成形的新工藝。其工藝過程是先將可熱處理鋁合金板料加熱到固溶處理溫度，并保溫一段時(shí)間，待其組織均勻化后移入模具進(jìn)行沖壓成形及快速冷卻(同時(shí)完成成形及固溶處理)，之后再進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)效處理，從而獲得零件所需的力學(xué)性能。采用同步冷卻熱成形工藝并輔以相應(yīng)的時(shí)效處理，能在改善可熱處理鋁合金成形性能的基礎(chǔ)上，提高成形精度，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，并且不會(huì)降低零件的力學(xué)性能。

目前，對(duì)于同步冷卻熱成形工藝的研究主要集中在該工藝的可行性以及對(duì)可熱處理鋁合金成形性能和力學(xué)性能的影響：GARRETT等[14]對(duì)AA6082鋁合金的同步冷卻熱成形工藝進(jìn)行了可行性研究；英國帝國理工學(xué)院的研究人員研究了同步冷卻熱成形條件下的AA6082[15]、AA2024[16]鋁合金的成形性能和斷裂機(jī)理；國內(nèi)南京航空航天大學(xué)的研究人員利用熱成形模擬機(jī)上進(jìn)行了同步冷卻熱成形工藝下AA6016、AA6181鋁合金的成形性能及力學(xué)性能研究[13, 17?19]，證實(shí)該工藝可大幅度提高AA6016高強(qiáng)鋁合金的成形性能，并可以使成形后的AA6016強(qiáng)度較原始狀態(tài)提高16%。但現(xiàn)有研究并未涉及可熱處理鋁合金在同步冷卻熱成形過程中顯微組織演化以及最終制品的強(qiáng)化機(jī)制。另外，同步冷卻熱成形工藝與傳統(tǒng)的“冷沖壓成形+固溶處理”生產(chǎn)工藝存在一定的差異：首先，同步冷卻熱成形時(shí)，板料在溫度急劇下降時(shí)成形，而冷沖壓成形時(shí)板料溫度基本不會(huì)變化；其次，同步冷卻熱成形的傳熱機(jī)理和冷卻速度與傳統(tǒng)可熱處理鋁合金零件在水或其他介質(zhì)中進(jìn)行熱交換的情況不同。因此，傳統(tǒng)工藝下可熱處理鋁合金顯微組織演化及強(qiáng)化機(jī)制[20?22]，不適用于同步冷卻熱成形工藝。本文作者選用AA2024-H18鋁合金進(jìn)行同步冷卻熱成形、自然時(shí)效試驗(yàn)，對(duì)成形試樣進(jìn)行光學(xué)及TEM顯微組織觀察，分析同步冷卻熱成形工藝對(duì)AA2024鋁合金微觀組織演化及強(qiáng)化機(jī)制的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及裝置

選用西南鋁業(yè)公司生產(chǎn)的H18態(tài)AA2024鋁合金軋制板料，規(guī)格為2400 mm×1200 mm×0.8 mm(××)，其主要成分如表1所列。試驗(yàn)前利用剪板機(jī)加工出184 mm×80 mm×0.8 mm的毛坯，毛坯的寬度沿軋制方向，保證成形時(shí)板料的軋制方向與彎曲方向一致。成形試驗(yàn)在安裝于高速液壓機(jī)上的同步冷卻熱成形模具中進(jìn)行，如圖1所示，模具中設(shè)有冷卻管路，保證模具在試驗(yàn)過程中一直處于室溫狀態(tài)。

表1 AA2024-H18鋁合金成分

1.2 成形試驗(yàn)方法及流程

首先將AA2024-H18毛坯加熱到495 ℃并保溫5 min，再將毛坯快速移動(dòng)到同步冷卻熱成形模具上進(jìn)行沖壓并保壓1 min，然后開模取出試樣，最后對(duì)試樣進(jìn)行96 h的自然時(shí)效處理，試驗(yàn)流程如圖2(a)所示。為了對(duì)比研究，按傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行冷沖壓成形、固溶處理及時(shí)效試驗(yàn)，其流程如圖2(b)所示：將室溫下的AA2024-H18板料放入如圖1所示的同步冷卻熱成形模具上進(jìn)行沖壓，再將成形試樣加熱到495 ℃并保溫5 min，然后放入室溫的水中淬冷，最后對(duì)試樣進(jìn)行96 h的自然時(shí)效處理。

1.3 顯微組織觀察

自然時(shí)效完成后，對(duì)兩種成形工藝獲得的AA2024鋁合金試樣的變形區(qū)和非變形區(qū)進(jìn)行顯微組織觀察。使用PME OLYMPUS TOKYO光學(xué)顯微鏡觀察試樣不同部位的顯微組織分布及晶粒尺寸情況；利用JEM?2100透射電鏡觀察試樣不同部位的位錯(cuò)密度及分布情況，合金相的尺寸、成分及分布情況，并分析合金相與位錯(cuò)之間的相互作用。

1.4 力學(xué)性能測量

利用線切割機(jī)床在AA2024鋁合金試樣的相應(yīng)部位切割出如圖3所示的拉伸試樣，在RG2000?20試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測量其力學(xué)性能(制品上圓角區(qū)域處按圖3所示的拉伸試樣投影進(jìn)行加工，并使用特制的夾具在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測試力學(xué)性能)。試驗(yàn)過程中試驗(yàn)機(jī)橫梁移動(dòng)速度由程序控制，保證試樣的應(yīng)變速率為2.5×10?4s?1，誤差小于2%。

圖1 同步冷卻熱成形模具

圖2 試驗(yàn)流程圖

圖3 單拉試樣的示意圖

2 結(jié)果及分析

2.1 成形精度

圖4所示為兩種不同成形工藝獲得的AA2024鋁合金試樣。由圖4可以看出，室溫下H18態(tài)AA2024鋁合金成形性能相對(duì)較差，冷沖壓成形試樣在5的彎曲圓角處發(fā)生了破裂，只成形出了10的圓角；而由于是在高溫下成形，H18態(tài)AA2024鋁合金毛坯在同步冷卻熱成形時(shí)能順利成形出5的彎曲圓角。此外，由于同步冷卻熱成形工藝是在模具閉合的狀態(tài)下對(duì)試樣進(jìn)行冷卻的，沒有空間進(jìn)行翹曲變形，所以試樣外形平整沒有翹曲；而傳統(tǒng)的固溶處理是將試樣直接放在水中進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致了冷沖壓成形試樣發(fā)生翹曲變形，如圖4所示。兩種不同工藝獲得的AA2024鋁合金試樣外觀及尺寸精度上的差異驗(yàn)證了同步冷卻熱成形工藝可以提高AA2024鋁合金的成形性能以及零件成形精度的論斷。

圖4 AA2024鋁合金試樣

2.2 顯微組織及強(qiáng)化機(jī)制

圖5所示為96h自然時(shí)效后同步冷卻成形AA2024鋁合金試樣變形區(qū)域(5)的光學(xué)顯微組織。由圖5可以看出，試樣彎曲截面上各個(gè)部位的晶粒尺寸存在一定差別：試樣彎曲截面內(nèi)側(cè)，晶粒因壓縮變形顯得相對(duì)較短，存在大量直徑為10 μm左右的細(xì)小晶粒；而彎曲截面外側(cè)，晶粒因拉伸變形呈長度50 μm寬度10 μm的細(xì)長條狀，并沿同一方向排布。圖5(b)所示的區(qū)域位于彎曲截面的中心，由于在成形過程中基本沒有變形，晶粒呈等軸狀。由此可見，在同步冷卻熱成形過程中AA2024鋁合金的晶粒尺寸的變化效果直接保留在最終試樣上。

經(jīng)96 h自然時(shí)效后兩種不同成形工藝獲得的AA2024鋁合金試樣變形區(qū)域的位錯(cuò)分布情況如圖6所示，其中同步冷卻熱成形試樣的取樣部位位于5彎曲圓角處，冷沖壓成形試樣由于5彎曲圓角處發(fā)生斷裂，所以取樣部位在10彎曲圓角處。從圖6中可以看出，在變形區(qū)域內(nèi)，同步冷熱成形試樣的位錯(cuò)密度明顯高于冷沖壓試樣的。這是由于在冷沖壓試樣中，冷沖壓產(chǎn)生的位錯(cuò)由于后續(xù)固溶處理的加熱和保溫過程中因靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶的作用而消除；而在同步冷卻熱成形過程中，AA2024鋁合金毛坯是先進(jìn)行固溶處理的加熱和保溫，然后在降溫過程中進(jìn)行沖壓成形，雖然會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，但是由于時(shí)間較短并不能消除成形過程中增加的所有位錯(cuò)，從而提高了試樣的位錯(cuò)密度。

圖5 同步冷卻熱成形試樣彎曲截面的光學(xué)顯微組織

經(jīng)過同步冷卻熱成形及96h自然時(shí)效后的AA2024鋁合金試樣中含有3種不同的合金相：含F(xiàn)e元素的組分相Al7Cu2Fe、含Mn和Cu元素的彌散相Al20Cu2Mn3(相)及含Mg和Cu元素的沉淀相Al2CuMg(′相)，如圖7所示，但在冷沖壓成形試樣中只有組分相Al7Cu2Fe和彌散相Al20Cu2Mn3。沉淀相Al2CuMg通常只出現(xiàn)在經(jīng)過人工時(shí)效后的AA2024鋁合金中[23]，而經(jīng)96 h自然時(shí)效后的同步冷卻熱成形AA2024鋁合金試樣的變形區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)細(xì)針狀沉淀相Al2CuMg，這是溫度變化和外力相互作用下合金原子聚集析出而成的結(jié)果。由于尺寸上的差異，同步冷卻熱成形后3種合金相對(duì)AA2024鋁合金強(qiáng)度的影響也不同：組分相Al7Cu2Fe因?yàn)槌叽巛^大(1~100 μm)，無法起到對(duì)位錯(cuò)的釘扎及增值作用，因而會(huì)降低AA2024鋁合金制品的強(qiáng)度[24]；彌散相Al20Cu2Mn3尺寸介于0.02到 0.2 μm之間，能有效釘扎位錯(cuò)及亞晶界，提高AA2024鋁合金的強(qiáng)度，是主要強(qiáng)化相，如圖8所示；細(xì)針狀的沉淀相Al2CuMg尺寸更小，具有很強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)[25]。由此可見，同步冷卻熱成形并經(jīng)96 h自然時(shí)效以后，AA2024鋁合金中主要的強(qiáng)化機(jī)制為彌散相Al20Cu2Mn3(相)和沉淀相Al2CuMg(相)對(duì)位錯(cuò)和亞晶界的釘扎作用，以及位錯(cuò)之間的相互作用。

圖6 試樣變形區(qū)域位錯(cuò)分布

圖7 同步冷卻熱成形后試樣中合金相的形貌、衍射譜及能譜圖

2.3 力學(xué)性能

圖9所示為兩種不同成形方法并經(jīng)96 h自然時(shí)效后獲得的AA2024鋁合金試樣各個(gè)區(qū)域的強(qiáng)度。由圖9可以看出，由于沉淀相Al2CuMg對(duì)位錯(cuò)和亞晶界具有釘扎作用，強(qiáng)化了基體(相)增加了變形抗力[25]，使得同步冷卻熱成形AA2024鋁合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較冷沖壓成形后AA2024鋁合金分別提高了4%、12%。另外，雖然同步冷卻熱成形試樣各個(gè)部位的抗拉強(qiáng)度基本相等，但變形區(qū)的屈服強(qiáng)度要高于非變形區(qū)，如圖9(b)所示。這是由于變形區(qū)的AA2024鋁合金在同步冷卻熱成形過程中發(fā)生了加工硬化，成形后，變形區(qū)位錯(cuò)密度高于非變形區(qū)的，需要較大的外力才能克服位錯(cuò)之間以及位錯(cuò)與合金相之間的相互作用力使位錯(cuò)產(chǎn)生滑移，增加發(fā)生塑性變形所需的臨界剪切應(yīng)力，從而提高了AA2024鋁合金的屈服強(qiáng)度。由此可見，在自然時(shí)效條件下，采用同步冷卻熱成形工藝可以提高AA2024鋁合金的強(qiáng)度。

圖8 彌散相與位錯(cuò)之間的形貌(同步冷卻熱成形試樣變形區(qū))

圖9 最終AA2024試樣強(qiáng)度(冷沖壓成形試樣上的4區(qū)因發(fā)生斷裂無法測量)

3 結(jié)論

1) 與傳統(tǒng)冷沖壓成形工藝相比，同步冷卻熱成形工藝可以提高AA2024鋁合金的成形性能。

2) 經(jīng)過同步冷卻成形后，AA2024鋁合金的位錯(cuò)密度顯著增加，發(fā)生了明顯的加工硬化。

3) 在自然時(shí)效條件下，采用同步冷卻熱成形工藝獲得到的AA2024鋁合金變形區(qū)出現(xiàn)了沉淀相Al2CuMg(′相)，提高了AA2024鋁合金的強(qiáng)度。

4) 經(jīng)過同步冷卻熱成形及96 h自然時(shí)效以后，AA2024鋁合金中主要的強(qiáng)化機(jī)制為彌散相Al20Cu2Mn3(相)和沉淀相Al2CuMg(′相)對(duì)位錯(cuò)和亞晶界的釘扎，以及位錯(cuò)之間的相互作用。

REFERENCES

[1] HIRSCH J. Recent development in aluminium for automotive applications[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(7): 1995?2002.

[2] 曹景竹, 王祝堂. 鋁合金在航空航天器中的應(yīng)用(2)[J]. 輕合金加工技術(shù), 2013, 41(3): 1?12. CAO Jing-zhu, WANG Zhu-tang. Application of aluminum alloy in aeronautics and aerospace vehicle (2)[J]. Light Alloy Fabrication Technology, 2013, 41(3): 1?12.

[3] 劉 兵, 彭超群, 王日初, 王小鋒, 李婷婷. 大飛機(jī)用鋁合金的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(9): 1705?1715. LIU Bing, PENG Chao-qun, WANG Ri-chu, WANG Xiao-feng, LI Ting-ting. Recent development and prospects for giant plane aluminum alloys[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(9): 1705?1715.

[4] STARKE E A, STALEY J T. Application of modern aluminum alloys to aircraft[J]. Progress in Aerospace Sciences, 1996, 32(2): 131?172.

[5] 潘復(fù)生, 張丁非. 鋁合金及應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007. PAN Fu-sheng, ZHANG Ding-fei. Aluminum alloy and its application[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2007.

[6] 李 翔, 唐建國, 張新明, 凌利月, 劉文輝, 廖志宇, 楊 濤, 鄧運(yùn)來. 溫變形對(duì)汽車車身用6061鋁合金自然時(shí)效及力學(xué)性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2016, 26(1): 1?6. LI Xiang, TANG Jian-guo, ZHANG Xin-ming, LING Li-yue, LIU Wen-hui, LIAO Zhi-yu, YANG Tao, DENG Yun-lai. Effect of warm deformation on natural ageing and mechanical property of aluminum alloy 6061 sheets for automotive body[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2016, 26(1): 1?6.

[7] TOROS S, OZTURK F, KACAR I. Review of warm forming of aluminum-magnesium alloys[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2008, 207(1/3): 1?12.

[8] PYE A M. Superplastic forming of aluminium alloys[J]. Materials & Design, 1981, 2(6): 304?309.

[9] CHEN Ming-he, CAO Yuan-yuan, CHEN Wei, CHEN Guo-liang. Research on synchronized cooling hot forming process of 6016 aluminum alloy[J]. Advanced Materials Research, 2012, 452/453: 81?85.

[10] KARBASIAN H, TEKKAYA A E. A review on hot stamping[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2010, 210(15): 2103?2118.

[11] MORI K I. Smart hot stamping of ultra-high strength steel parts[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22(2): 496?503.

[12] 李輝平, 趙國群, 張 雷, 賀連芳. 超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓及模內(nèi)淬火工藝的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2010, 40(3): 69?74. LI Hui-ping, ZHAO Guo-qun, ZHANG Lei, HE Lian-fang. The development status of hot stamping and quenching of ultra high-strength steel[J]. Journal of Shandong University (Engineering Science), 2010, 40(3): 69?74.

[13] 馬 寧, 胡 平, 閆康康, 郭 威, 孟祥兵, 翟述基. 高強(qiáng)度硼鋼熱成形技術(shù)研究及其應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2010, 46(14): 68?72. MA Ning, HU Ping, YAN Kang-kang, GUO Wei, MENG Xiang-bing, ZHAI Shu-ji. Research on boron steel for hot forming and its application[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(14): 68?72.

[14] GARRETT R P, LIN J, DEAN T A. Solution heat treatment and cold die quenching in forming AA 6xxx sheet components: Feasibility study[J]. Advanced Materials Research, 2005, 6/8: 673?680.

[15] MOHAMED M S, FOSTER A D, LIN Jian-guo, BALINT D S, DEAN T A. Investigation of deformation and failure features of AA6082: Experimentation and modelling[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2012, 53(1): 27?38.

[16] WANG L, STRANGWOOD M, BALINT D, LIN J, DEAN T A. Formability and failure mechanisms of AA2024 under hot forming conditions[J]. Materials Science & Engineering A, 2011, 528(6): 2648?2656.

[17] WANG Ning, CHEN Guo-liang, CHEN Ming-he. Constitutive relationship and parameters optimization of 6181 H18 aluminum alloy hot forming process with synchronous cooling[J]. Materials Science Forum, 2014, 770: 324?328.

[18] 曹園園, 陳明和, 王小芳, 李琳琳, 陳 偉. 6181H18鋁合金同步冷卻熱成形工藝研究[J]. 航空制造技術(shù), 2012(5): 81?84. CAO Yuan-yuan, CHEN Ming-he, WANG Xiao-fang, LI Lin-lin, CHEN Wei. Research on synchronized cooling hot forming process of 6181H18 aluminum alloy[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2012(5): 81?84.

[19] 李琳琳. 6000系鋁合金同步冷卻熱成形及烘烤時(shí)效工藝研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2012. LI Lin-lin. Research on paint baking process after synchronization cooling hot forming of 6000 series aluminum alloys[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2012.

[20] WANG S C, STARINK M J. Precipitates and intermetallic phases in precipitation hardening Al-Cu-Mg-(Li) based alloys[J]. International Materials Reviews, 2005, 50(4): 193?215.

[21] 桂奇文. 熱處理工藝對(duì)2024鋁合金析出相及性能的影響[D]. 長沙: 湖南大學(xué), 2008. GUI Qi-wen. The influence of heat treatment process on the precipitates and properties of 2024 aluminum alloy[D]. Changsha: Hunan University, 2008.

[22] 陳康華, 劉允中, 劉紅衛(wèi). 7075和2024鋁合金的固溶組織與力學(xué)性能[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2000, 10(6): 819?822. CHEN Kang-hua, LIU Yun-zhong, LIU Hong-wei. Microstructure and mechanical properties of enhanced solution treated 7075 and 2024 aluminum alloys[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2000, 10(6): 819?822.

[23] 賀雙喜, 劉向陽, 謝廣輝, 劉西剛, 尚 坤, 張新軍. 時(shí)效制度對(duì)2A12 鋁合金組織與性能的影響[J]. 金屬熱處理, 2014, 39(6): 94?96. HE Shuang-xi, LIU Xiang-yang, XIE Guang-hui, LIU Xi-gang, SHANG Kun, ZHANG Xin-jun. Effects of aging on microstructure and mechanical properties of 2A12 aluminum alloy[J]. Heat Treatment of Metals, 2014, 39(6): 94?96.

[24] WILLIAMS J C, STARKE E A. Progress in structural materials for aerospace systems[J]. Acta Mater, 2003, 51(19): 5775?5799.

[25] 王祝堂. 2024型鋁合金的熱處理[J]. 金屬世界, 2009(2): 43?48. WANG Zhu-tang. Heat treatment for 2024 aluminum alloy[J]. Metal World, 2009(2): 43?48.

(編輯 李艷紅)

Strengthening mechanism of hot forming with synchronous cooling of AA2024-H18 aluminum alloy

CHEN Guo-liang1, 2, CHEN Ming-he1, WANG Ning1, SUN Jia-wei1

(1. College of Mechanical and Electrical Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China 2. Department of Mould Technology, Changzhou Institute of Mechatronic Technology, Changzhou 213164, China)

Hot forming test with synchronous cooling, metallographic and TEM observation and tensile test were performed to investigate the influence of hot forming with synchronous cooling operations on themicrostructure evolution and strengthening mechanism of AA2024-H18 aluminum alloy. The results show that, the yield strength of hot formed AA2024 sheet with 96 h natural aging is 4%, which is superior to that of traditionally formed sheet, and meanwhile, the tensile strength is increased by 12%. Based on the microstructure observation and analysis, the strengthening is generated by the increase of the dislocation density and precipitation of some fine acicular particles in form of Al2CuMg (′). The main strengthening mechanism of AA2024 aluminum alloy underwent hot forming with synchronous cooling is the pinning effect of dispersoid phase Al20Cu2Mn3() and precipitated phase Al2CuMg (′) on dislocation as well as the interaction of dislocation.

hot forming with synchronous cooling; AA2024 aluminum alloy; microstructure; strengthening mechanism; mechanical behavior

Projects(51175252) supported by the National Natural Science Foundation of China

2016-05-17; Accepted date: 2016-11-11

CHEN Ming-he; Tel: +86-13951809276; E-mail: meemhchen@nuaa.edu.cn

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.07.03

1004-0609(2017)-07-1337-07

TG146.1

A

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51175252)

2016-05-17；

2016-11-11

陳明和，教授，博士；電話：13951809276；E-mail：meemhchen@nuaa.edu.cn