固溶處理對(duì)銅鋁合金組織的影響

劉偉 肖旋

摘要：以鋁銅合金為研究材料，基于固溶工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著固溶溫度的升高，合金中的k相逐漸減少，β、相組織逐漸增多;固溶至900℃時(shí)，鋁銅合金中的k相已完全固溶。經(jīng)室溫拉伸后，鋁銅合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，延伸率逐漸減小，溫度為890℃時(shí)具有較高的強(qiáng)度與一定的塑形，為最佳的固溶熱處理工藝。

關(guān)鍵詞：鋁銅合金，固溶，相變，力學(xué)性能

中文分類號(hào)：TG146

1引言

青銅合金具有悠久的歷史，隨著時(shí)代的進(jìn)步在青銅合金內(nèi)部加入部分合金元素，如Al，P，F(xiàn)e等形成新型鋁銅合金[1-3]。該合金不但具有一般銅合金的優(yōu)良物理性能，而且比傳統(tǒng)的青銅類合金具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等系列力學(xué)性能。因此，被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)和軍用加工業(yè)，如重工制造、機(jī)械制造、電器制造及航空航天等[4]。但隨著技術(shù)的更新?lián)Q代和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，常用的簡(jiǎn)單鋁銅合金的力學(xué)性能逐漸不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)及航空航天等的性能要求，因此研究?jī)?yōu)良力學(xué)性能的鋁銅合金具有重要意義。

經(jīng)過文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)[5-6]，在鋁銅合金具有多種復(fù)雜的相組織，可以熱處理強(qiáng)化，來提高其性能，本次研究將通過固溶處理對(duì)鋁銅合金進(jìn)行優(yōu)化，提出最優(yōu)的熱處理參數(shù)，使該合金性能滿足現(xiàn)代工業(yè)性能的要求。

2實(shí)驗(yàn)材料與方法

本次試驗(yàn)所用材料為鍛壓后的鋁銅合金，該合金的化學(xué)元素含量如表1所示。試驗(yàn)過程中保溫時(shí)間為1h，分別在850 ℃-900℃不同溫度下進(jìn)行固溶處理，并進(jìn)行金相觀察。關(guān)于力學(xué)性能測(cè)試，用常溫拉伸力學(xué)性能作為檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)固溶溫度進(jìn)行比較選出最佳熱處理工藝。

3結(jié)果與討論

3. 1顯微組織

圖1為經(jīng)過在850 ℃-900 ℃保溫1h固溶處理后的金相組織。由圖1（a）可以看出：白色部分晶粒組織為鋁元素溶于銅基固溶體中的面心立方ɑ相，一般而言，鋁銅合金中α相塑性好，硬度強(qiáng)度。如圖1（a）在ɑ相晶界及晶內(nèi)處存在黑色球狀的共析體k相，工業(yè)上為了細(xì)化晶粒，提高合金的力學(xué)性能和耐磨性，在鋁青銅中加入了少量Fe，F(xiàn)e在鋁青銅中的室溫溶解率很低，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.3%，超過此溶解度就會(huì)出現(xiàn)FeAl3化合物，為富Fe相。

。經(jīng)870℃固溶處理后，如圖1（b）合金基體組織發(fā)生了靜態(tài)再結(jié)晶作用，富鐵相逐漸固溶于基體，ɑ相組織逐漸長(zhǎng)大，總體晶粒尺寸變大。一般而言當(dāng)溫度冷卻至560 ℃時(shí)相組織會(huì)發(fā)生共析反應(yīng)，高溫β相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楱?k兩相組織相。但由于固溶處理時(shí)水冷，β相來不及完全轉(zhuǎn)變從而保留了部分的β相，（β相是電子化合物Cu3Al8為基的固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，在高溫下具有很好的穩(wěn)定性），形成ɑ+β+k組織（如圖1（c））。如圖1（d）隨著溫度升高至迅速冷卻β相轉(zhuǎn)變?yōu)闊o擴(kuò)散型的黑色β、馬氏體強(qiáng)化相。隨著溫度升高至900℃，如圖1（c），由于固溶溫度高，ɑ+k迅速轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?，合金中的為?k相逐漸減少，β、相逐漸增多;存在針狀β、馬氏體，β??相是以Cu3Al為基的介穩(wěn)相的固溶體，當(dāng)溫度在低于325℃時(shí)為斜方晶系的晶格結(jié)構(gòu)，在溫度高于565℃時(shí)具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)，上述各組織物相的特征、形貌以及所占比例都是影響改合金力學(xué)性能的主要因素。

3.2力學(xué)性能

如圖2為在室溫下測(cè)定的鋁銅合金的力學(xué)性能，分別為抗拉強(qiáng)度（TS）、屈服強(qiáng)度（YS）、平均延伸率等。由圖2可知，隨著固溶溫度從850 ℃升高至900℃，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別呈現(xiàn)出先升后降的變化趨勢(shì)，而伸長(zhǎng)率一直降低，在890 ℃以下固溶時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨著固溶溫度的升高而逐漸增大， 890 ℃時(shí)抗拉強(qiáng)度分別為687MPa，屈服強(qiáng)度分別為394 MPa，延伸率為11.8%;固溶溫度在900℃時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度達(dá)逐漸下降，抗拉強(qiáng)度分別為643 MPa，屈服強(qiáng)度分別為292 MPa，延伸率為8.9%，這是由于大量出現(xiàn)的針狀β馬氏體為硬脆相，易生成裂紋而發(fā)生斷裂。因此可確定為比較好的的固溶溫度為890℃。

4結(jié)論

（1）鋁銅青銅合金最佳的固溶處理溫度為890℃保溫1h水冷，在此溫度下，該合金的抗拉強(qiáng)度分別為687MPa，屈服強(qiáng)度分別為394 MPa，延伸率為11.8%。

（3）鋁銅合金固溶強(qiáng)化機(jī)理主要為固溶固溶時(shí)處理時(shí)β??馬氏體的轉(zhuǎn)變作用，隨著固溶溫度的升高，β??馬氏體逐漸增多，塑性逐漸降低。

參考文獻(xiàn)

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沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110168