, 而且目前在科研領域, 2024鋁合金材料的組織、第二相析出、性能的熱處理形成規律的研究也取得了較多的成果.在工業生產領域中, 形狀復雜的2024鋁合金航空零件一般會采用O狀態材料, 之后熱處理至T62狀態.研究使用何種熱處理制度可得到最佳綜合性能的鋁合金型材, 一直是工程技術領域的研究重點.2024-T62鋁合金零件的熱處理方式, 主要由固溶淬火與人工強制時效兩個步驟組成, 這兩個步驟涉及大量影響第二相析出的因素, 因而2024-T62鋁合金零件熱處理的第二相析出及性能會隨著這些因素的變化而有規律地改變.研究2024-T62零件熱處理工藝參數對第二相析出及性能形成規律對航空復雜零件的生產具有非常重要的指導意義.因此, 本文研究了2024鋁合金O狀態型材T62熱處理工藝關鍵參數對材料性能及第二相析出的規律.

　　試驗選用飛機窗框用2.0 mm規格O狀態2024鋁合金型材, 研究不同固溶溫度對零件性能的影響, 確定較優的固溶溫度.首先通過研究不同固溶時間對2024鋁合金試樣拉伸性能的影響, 確定較優的固溶處理制度, 研究人工強制時效工藝對零件性能及第二相析出的影響, 確定2024鋁合金試樣的T62時效制度.

　　2024鋁合金為可熱處理強化鋁合金, 固溶處理對力學性能的影響很大[17].所以, 試驗首先研究不同固溶制度下型材拉伸性能的變化.試驗采用規格為2.0 mm的O狀態型材, 合金型材熱差分析確定2024鋁型材的過燒點低于508 ℃.因此, 試驗選取固溶制度為480, 485, 490, 495, 500, 503和505 ℃, 分別固溶35 min.根據試驗結果, 選用495 ℃為固溶溫度, 保溫時間為20~50 min, 每隔5 min取1個時間點, 對試樣進行拉伸測試, 研究固溶時間對型材力學性能的影響.

　　根據固溶處理的方案, 測定每個試樣的結果, 繪制曲線中可以看出, 固溶溫度在480~490 ℃時, 試驗合金的室溫力學性能不穩定; 而在490~505 ℃時, 試驗合金的室溫力學性能趨于穩定.在490~505 ℃時, 強度隨溫度升高穩步提高, 伸長率(δ10)沒有明顯波動.因此在490~505 ℃固溶, 可以滿足試驗合金的室溫力學性能要求.

　　圖 2中可以看出, 試驗合金的強度和伸長率在保溫20~40 min時, 性能穩定, 保持著較好的強韌匹配.當固溶時間＞40 min時, 試驗合金的力學性能隨保溫時間的延長而波動較大.試驗合金的室溫拉伸強度隨固溶時間的變化而變化, 并且圍繞固定值波動, 而20~40 min內的屈服強度、抗拉強度和伸長率變化不大, 與總體平均值相近.因此, 固溶時間為20~40 min, 可滿足試驗合金的室溫力學性能的要求.綜上所述, 2024鋁合金型材較優的固溶制度為(490~505) ℃×(20~40) min.

　　Effect on properties on the test alloys at different holding time

　　所示.當時效溫度為175 ℃, 時效6~16 h后, 試驗合金的屈服強度均處于較低的水平.當時效時間為16 h時, 屈服強度為360 MPa, 略高于標準的規定.當時效溫度為185 ℃時, 時效后的屈服強度均高于標準規定的345 MPa.隨著時效時間的延長, 屈服強度不斷提高.時效時間為14 h時, 達到最高393 MPa, 隨后屈服強度逐漸降低.當時效溫度為190 ℃時, 在整個時效過程中, 材料的屈服強度均保持在較高的水平, 為379~403 MPa, 比退火態提高300 MPa左右.當時效10~12 h時, 屈服強度達到最高, 約為403 MPa.隨時效時間的延長, 試驗合金的過時效響應較慢, 時效16 h后, 屈服強度仍可達到380 MPa左右.當時效溫度為195 ℃時, 時效僅6 h, 屈服強度即達到400 MPa左右.隨時效時間的延長, 試驗合金的屈服強度逐漸降低.時效14 h后, 過時效響應加快, 屈服強度顯著降低.當時效溫度提高到200 ℃時, 隨時效時間的增加, 材料的屈服強度逐漸降低, 而且降低的速度較快.當時效10 h時, 屈服強度為337 MPa, 不滿足標準要求.

　　Yield strength at different aging system

　　所示.當時效溫度為175~200 ℃、時效時間為6~16 h時, 試驗合金的伸長率隨時效時間的弛豫均呈降低趨勢.時效溫度升高后, 降低的速度放緩.不同制度下的伸長率均與標準要求相符.比較之下, 175 ℃時效, 試驗合金的伸長率略高, 韌性較好.

　　圖 6.由圖 5可以看出, 試驗合金經過不同溫度和時間時效后, 析出相的大小、形狀及分布有明顯的差別.當時效制度為190 ℃×9 h時, 析出相以長棒狀為主, 也有少量較粗的短棒狀和片狀析出相彌散分布, 如圖 5(a)所示.時效時間延長至16 h, 棒狀析出相數量減少、粗化, 細長薄片狀析出相數量增加, 并沿同一方向分布, 如圖 5(b)所示.當時效溫度升高到200 ℃時, 棒狀析出相明顯減少、粗化; 細長薄片狀析出相增多, 長度增加, 粗化, 沿3個方向互成60°析出, 交錯分布, 如圖 5(c)所示.

　　圖 6(a)所示.S (或S′)相為正交結構, 空間群Cmcm, 點陣參數a=0.4 nm,b=0.923 nm,c=0.714 nm.S相和S′相的晶體結構、點陣參數以及位向關系均完全一致, 只在某個方向上的錯配有所不同, 因而通常無法區分.較粗的短棒狀析出相為Al7

　　2CuMg的[011]衍射譜外, 還可找出另一套很弱的電子衍射花樣, 從拉長的斑點及其拉長方向來看, 來自細長薄片狀析出相.2.2.3 試驗合金的XRD分析

　　2CuMg和Al7Cu2Fe相.經過高溫時效后, 在200 ℃×9 h時效的試樣中發現了Al2Cu的衍射峰, 見圖 7(b), 表明在TEM分析中未能標定出的細長薄片狀析出相可能是Al2Cu相, 即θ(或θ′)相.在高溫時效后, Al2Cu相增多, 使得在XRD圖譜中出現其衍射峰, 這與圖 5中200 ℃×9 h時效制度下, 試樣中的細長薄片狀析出相變多、粗化的現象一致.

　　2XXX系鋁合金強化主要靠細小彌散分布的強化相, 試驗中2024鋁合金型材晶內的主要析出相為S′ (主要強化相)+θ′ (θ).試驗結果表明, 隨著時效時間的延長和時效溫度的升高, S′+θ′ (θ)相粗化, 并且密度減小, 導致試驗合金的屈服強度及塑性降低.當進行190 ℃×9 h時效后, 試驗合金的屈服強度均保持在較高的水平, 析出相以長棒狀為主, 且細小彌散.當時效溫度提高到195~200 ℃時, 隨時效時間的延長, 試驗合金的屈服強度逐漸降低, 棒狀析出物數量減少、粗化, 細長薄片狀析出物數量增多, 晶內析出相主要是S′+θ′, 由于時效溫度較高, 導致析出相形核及長大速度明顯加快, 200 ℃時效9 h, 析出相明顯粗化, 因而屈服強度低于190 ℃時效后.

　　2Cu, 即θ(或θ′)相.這兩種相的共同存在, 使得材料的屈服強度均保持在較高的水平.九游體育官方網站九游體育官方網站