4.基于合金挤压铸造制备的Al Cu的显微组织和力学性能的压力效应.doc

6 ZHANG Ming，et alTransNonferrous MetSocChina 1 7(2007) 铝铜合金挤压铸造制备所产生的显微组织和力学性能的压力效应 ZHANG Ming(张 明)，ZHANG Weiwen(张卫文)，ZHAO Haidong(赵海东)， ZHANG Datong(张大童)，LI Yuanyuan(李元元) 中国广州华南理工大学的机械工程学院510640 收于2006/10/24；接受于2007/01/11 摘要:比伯吉尔开发高强度镁碳铝合金的一个新的流动性应用效果，并对挤压铸造合金的显微组织和性能压力进行了研究。结果表明，在流动性合金1 6%和2 1%高于ZL205A合金在浇注993 K和L013 K温度时，金属型铸造采用挤压铸造法制备的合金的机械性能和拉伸强度更高于该合金的伸长率在75 MPa压力下挤压铸造后施加520 MPa和7.9%，其次是处理在763 K温度下1小时，在773 K为8 小时.淬火水在正常温度，在463 K 温度下5小时老化力学性能。而其改善归因于显著降低的二次枝晶臂间距（SDAS）和消除所施加的压力导致合金的微孔隙.关键词：Al-Cu合金；挤压铸造；微观组织；力学性能1. 引言 挤压铸造（SC）是一种特殊的铸造技术，即较高的凝固一个可重复使用的模具内的压力。它通常用来制备高完整性的高性能工程组件. 1-5 有两种不同的形式挤压铸造，直接和间接的。直接SC挤压铸造，是压力施加到在凝固过程中的液态金属的整个表面，可生产铸件的全密度。间接SC挤压铸造，是金属由一个小直径活塞注入模腔。虽然间接挤压铸造产品的生产铸造是不是良好的性能，但是从直接挤压铸造工艺，产品可形成了复杂形状. 近年来已经进行的许多对挤压铸造的研究工作。在所有的SC工艺参数，对压力的影响铸件的力学性能进行了研究广泛的 2 6-1。许多研究者认为在对熔融金属的压力中的应用凝固过程中可能会产生几个方面的影响等的变化熔点，冷却速率的变化，减少气缩孔，这些都可能导致该合金性能 1,3-6 改进。然而，对具体合金压力的影响仍然是吸引关注. A1铜基合金是一系列高强度这被广泛地应用于金属型结构材料一个典型的行业。该系列合金ZL205A合金，我国规范命名。这种合金已广泛用于在运输，航空航天和军事工业。然而，由于这种合金的铸造性能很差，这是ZL205A复杂铸件的生产通过间接挤压铸造工艺的新型合金具有可比性的强度和良好的铸造性能是最近，一些高强度变形所需的铝合金的开发应用对挤压铸造工艺 1,13-14 在本文中，一种新的基于铝铜合金具有良好的铸造性能的开发和挤压铸造。探讨了合金的处理，特别注意了要对合金的显微结构和性能的压力的影响 2. 实验 基于变形铝合金2xxx系列，一个的主要元素组成新的合金（质量分数，%，通过化学分析）4.83铜，1.05毫克，0.58锰及微量元素如钛，锆，V =是0.2%和1%之间的总含量。对研制的合金的制备原料工业纯铝，工业纯镁，铝合金和一50cu AI-1 0m，n，a1.5ti。1 b.a1.1 0zr，铝一4V和0re A1.1。原材料是在坩埚炉熔炼1在073 K和熔体注入圆筒形模具。（直径：80 毫米，高度：50毫米）的压力下从0.1兆帕到 L 75兆帕在温升003K.模预热到523 K之前的铸造样品被压缩到30毫米的高度尺寸80毫米直径。调查的合金ZL205A合金流动性合金5.03铜，组成o.45 Mn，Ti 0.25，测得的0.2L cd.0.13 V 0.15 Zr和0.04 B标准模具。所有样品的拉伸试验，减少了从铸件中位机的拉伸，在15 70 尺寸的样品通过溶液退火在763 K和L H处理为8小时，在773 K，水淬在正常温度和5小时，在463 K维老化拉伸试样的实验表明，在图一中，在SANS标准的机械试验机上进行的所有数据均来自于至少三分测量样品的光学显微结构等由拉伸试样的观察标准金相 ，使用扫描电子显微镜分析拉伸断口。3. 结果 3.1流动性 所研究的合金的流动性，如表1所示和高强度铸造铝合金的流动性ZL205A，这相当于铝合金204的美国研究所列出的。 它可以从表1中看出，研究了合金是16%的流动性，比21 %ZL205A合金。在浇注温度993 K和L 0 L 3 K.分别。流动性是一个关键的参数来表征合金铸造性能。虽然挤压铸造在其他铸造显著效益的过程生产性成分的流动性仍然是贫穷的一个重要的因素是有关的形成复杂的零件，特别是在间接挤压铸造工艺。zl2o5a是一种高强度铸造铝合金，在中国这命名合金已被广泛用作高负荷的结构部分。实验结果表明，流动性开发优于ZL205A合金。随着ZL205A组成相比较（4.6-5.3铜，5.3一O.5锰，0.1 5一o.35 Ti，第一5-0.25 CD，o5-0.3 V 0，0.05-0.2 Zr，0.005-0.06 b1.的主要区别开发的合金，它含有约1% m g根据相位图，可以得出开发的合金的熔点要低比ZL205A。在相同的浇注温度。低熔点合金可以保持液体状态在较长的一段时间。这可能是主要的原因对所研制的合金流动性的提高。如果开发的合金可用于生产组件采用挤压铸造工艺，它将成为一个取代基ZL205A合金。 3.2机械性能 拉伸强度和伸长率的影响在不同的挤压铸造合金中的压力在铸态图2和拉合金强度和延伸率增加增加所施加的压力。然而，增加只有在拉伸强度和断裂伸长率明显压力小于45 M Pa和75米。之后，施加的压力对痘痘效果合金的拉伸性能，如图2也表明该合金的抗拉强度提高非常后溶液的热处理和时效。怎么有影响的热处理对伸长的该合金是有点复杂。压力时小于30兆帕，应用热处理的合金对断裂伸长率的合金但无明显影响伸长后明显降低热处理时压力高于50兆帕。如图2所示，热处理后的抗拉强度，对合金挤压铸造是520 MPa和75 MPa下的伸长率为7.9% 3.3微观结构 在不同的压缩压力设备中制备。它是明确的有显著的挤压力影响 F合金。结果表明，晶粒尺寸的减小的合金的增加挤压力。此外，金属间与没有施加压力在合金相的粗高压缩比的压力下。该F合金形貌的铸态和热处理后的合金是在图所示的4和5，分别。在所有情况下，合金的特点韧性断裂而且有很多的断层表面。 不断增加的挤压力（参见图。4（c）和（d）。从断裂表面的热处理的合金，金属间化合物可发现边界。随着挤压的压力，化合物变小，尤其是在初始阶段。它也可以发现，有很多的嵌入在凹陷的断裂的小颗粒在合金表面（见图箭头）。4.讨论 晶粒尺寸的减小有明显合金增加所施加的压力作用，能够清楚的由二次枝晶臂间距（SDAS）如图6所示。压力MPa图6二次枝晶臂间距对铸态合金施加的压力众所周知，铝铜系铸造合金有一个很长的凝固范围。一般来说，微孔隙容易形成铝铜合金凝固过程中。图7S H O W M IC R O图7微孔隙的形态与没有合金铸造施加的压力施加的压力。挤压铸造过程中，施加的压力有助于液态金属充填在微孔。在这项研究中，发现微孔隙COM完全消除当压力达到50MPa。这是一个为机械原因性能的改善。据报道，应用的压力在凝固过程中的凝固点的影响合金，可以推断的克劳修斯式U比N 1：的D7 7 （F | F S）D P LF7 是平衡凝固温度；V S是具体批量的液体和固体的融合。用适当的热力学方程体积，压力影响的冻结点粗略的估计P = P0 E X P（- ）（2） F其中p q，r是常数。因此，T 应随着压力的增加而增加。这种变化可能带来的在最初的更大的过冷过热合金。除了变化的过冷度熔融合金所施加的压力引起的，更大的冷却对合金凝固速率可以实现由于在合金和模具之间的空气间隙的减少墙和较大的有效接触面积。明显的，增加的过冷度和传热系数会导致晶体的晶粒尺寸对挤压铸造合金。增加密度对合金将由于减少O F获得微孔隙。所有的这些变化的后果是一个显着的机械性能完善对挤压铸造合金。5.结论 1）基于高强Al-Cu合金的主要COM位置的元素（质量分数，%）O F 4.33铜1.25 mg-0.58锰及微量元素如钛，锆，V再开发。流动性的合金是16%的高于21% ZL205A合金在浇注温度993 K和1 K分别为013。2）合金的抗拉强度和伸长率的在压力520 MPa和7.9%挤压铸造 75MPa，然后通过溶液处理，在763 K为1小时，在773 K为8小时，水淬N-ORM /温度在463 K 下5小时老化.3）挤压铸造过程中施加的压力导致的显著降低的二次枝晶臂间距和消失的微孔中的合金，这是改进的研究合金力学性能的主要原因。 参考文献1 GHOMASHCHI M R, VIKHROVL A. Squeeze casting: Anoverview J. Journal o f Materials Processing Technology, 2000,101(1): 1-9.2 QI Pi-xiang. Survey o f squeezing casting technology development home and abroad J. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2002,22(2): 20-23. (in Chinese) 3 FRANKLIN J R, DAS A A. Squeeze castingA review of the status J. British Foundry man, 1984, 77(3): 150-158.4 CHEN Wei-ping, LI Yuan-yan, GUO Guo-wen. Squeeze casting o f Al-Cu alloy J. Journal of Central South University of Technology,2002,9(3): 159-164.5 LUO Ji-xiang, BAI Xu-bai, CHEN Wei, PAN Xin. Study and application on squeezing casting technology o f aluminum alloys J. Foundry, 2002, 51(8): 464-469. (in Chinese)6 VIJIAN P, ARUNACHALAM V P. Experimental study o f squeeze casting of gunmetal J. Journal of Materials Processing Technology,2005, 170(1/2): 32-36.7 MALEKI A, NIROUMAND B, SHAFYEI A. Effects of squeeze casting parameters on density, macrostructure and hardness of LM13 alloy J, Mater Sci Eng A, 2006, A428(l/2): 135-140.8 CHEN Z W, THORPE W R. The Effects of squeeze casting pressure and iron content on the impact energy of Al-7Si-0.7Mg alloy J. Mater Sci Eng A, 1996, A 221(1/2): 143-1539 LYNCH R F, OLLEY R P and GALLAGHER P C J. Squeeze casting o f aluminum J. AFS Transactions, 1975, 83: 569-576.10 HU Mao-liang, ZHAO Mi, JI Ze-sheng, SUN Guang-bin, PIAO Yong-ji. Effect o f squeezing casting technology on structures and properties o f air-conditioner swaying tray o f automobile J. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2006, 16(3): 400-405. (in Chinese)11 RAJAGOPAL S, ALTERGOTT W H. Quality control in squeeze casting of aluminum J, AFS Transactions, 1985, 93: 145-154.12 SHEHATA F. Squeeze casting o f Al-Cu and Al-Si alloys J. Process Adv Mater, 1994,4(3): 136-140.13 YUE T M. Squeeze casting o f high-strength aluminum wrought alloy AA7010 J. Journal o f Materials Processing Technology, 1997, 66(1/3): 179-185.14 KIM S W, DURRANT G, LEE J H, CANTOR B. The effect of die geometry on the microstructure of indirect squeeze cast an