Al-Cu合金变质及热处理工艺研究
摘要：在现代制造业中，高强度铝合金由于具有高比强度、低密度、易于焊接、良好的工艺性能等一系列优异特性，所以被认为是工业生产合金结构化产品中的不可或缺的基本材料。为适应现代生产高质量、高水平、高性能产品的需求，人们对零件材料的强韧性和轻质化等性能有了越来越高的要求。从而意识到合金变质及热处理也是影响高强度铝合金性能的重要途径。本文利用正交实验来选定热处理参数，同时利用稀土氧化物变质剂对合金组织优化，使得Al-Cu合金性能最佳。结果表明：添加稀土氧化物变质剂对晶粒的尺寸有一定的影响，数据中发现晶粒尺寸从原来的80-110µm缩小到变质后的40-60µm，即合金组织得到细化，经过检测后发现对力学性能的改善有很大的帮助；在此研究中还发现当加入稀土氧化物含量为1.6w.t%时，合金的耐蚀性为最佳。最后通过理论与实践分析后得当热处理选定:T6处理 ：515℃*16h+170℃*11h；此时能获得最佳Al-Cu合金组织及力学性能，即抗拉强度（σb）为525MPa，延伸率（δ）可达14.5%。
关键词: Al-Cu合金;力学性能;变质;稀土氧化物;合金组织;晶粒尺寸;热处理
Study on Modification and heat treatment technology of Al-Cu alloy
Abstract: In modern manufacturing industry, high-strength aluminum alloy is considered to be an indispensable basic material in industrial production of alloy structured products because of its high specific strength, low density, easy welding and good process performance. In order to meet the demand of high quality, high level and high performance products in modern production, people have more and more high demands on the performance of the strong toughness and lightweight of parts and materials. Thus, it is realized that alloy metamorphism and heat treatment are also important ways to affect the performance of high strength aluminum alloy. In this paper, the heat treatment parameters are selected by orthogonal experiment, and the alloy microstructure is optimized by using rare earth oxide metamorphic agent, which makes the performance of Al-Cu alloy the best. The results show that adding rare earth oxide metamorphic agent has a certain influence on the size of grain, and it is found that the grain size is reduced from the original 80-110µm to the 40-60µm after spoilage, that is, the alloy tissue is refined, and it is found that the improvement of mechanical properties is very helpful after testing. In this study, it was also found that the corrosion resistance of alloys was the best when the content of rare earth oxides was 1.6w.t%. Finally, through theoretical and practical analysis of appropriate heat treatment selected: T6 treatment: 515℃*16h+170℃*11h, at this time can obtain the best Al-Cu alloy microstructure and mechanical properties, that is, tensile strength (σb) of 525MPa, elongation (δ) up to 14.5%.
Keywords：Al-Cu Alloy; Mechanical properties; Modification; Rare earth oxides; Alloy microstructure; Grain size; Heat treatment
目 录
摘要 1
第一章 绪论 4
1.1铝及其合金的概述 4
1.1.1铝合金的分类 4
1.2 高强韧铝合金的研究 5
1.2.1高强韧铝合金的发展 5
1.2.2铸造铝合金的强韧化 6
1.2.3 Al-Cu合金的变质 6
1.2.4 Al-Cu合金的热处理 7
1.3本文选题的意义和研究内容 8
1.3.1选题意义 8
1.3.2研究内容 8
第二章 实验方案及检测 9
2.1实验主要用原料 9
2.2实验基本路线的设计 9
2.3实验设备 10
2.4实验方案 10
2.4.1实验用铝样的配比及其熔炼 10
2.4.2合金热处理方案 11
2.4.3合金腐蚀实验方案 11
2.5性能检测 12
2.5.1合金成分测定 12
2.5.2合金组织观察 12
2.5.3力学性能检测 12
2.5.4电化学极化曲线的测量和腐蚀失重检测 13
第三章 稀土变质处理对铝铜合金组织及性能的影响 14
3.1稀土变质处理对铝铜合金组织的影响 14
3.1.1变质处理对铝铜合金铸态组织的影响 14
3.1.2热处理对不同变质剂含量处理的铝铜合金组织影响 15
3.2稀土变质处理对铝铜合金抗腐蚀性能的影响 17
3.2.1稀土变质处理对腐蚀失重产生的变化 17
3.2.2稀土变质处理对电化学腐蚀产生的变化 20
3.3分析稀土变质处理影响铝铜合金耐蚀性的机制 21
3.4本章小结 22
第四章 热处理对未变质和变质铝铜合金组织及性能的影响 23
4.1热处理对含有1.6%变质剂铝铜合金组织的影响 23
4.1.1固溶处理后组织产生的变化 23
4.1.2时效处理时组织产生的变化 25
4.2正交实验对热处理方案的优化 27
4.3本章小结 28
第五章 结论 30
参考文献 31
致谢 32
第一章绪论
1.1铝及其合金的概述
铝资源在地球上的蕴藏及其广泛，乃至其工业制品随处可见。铝自发现以来人类就对其熔炼及热处理技术不断探索，由于其质轻，强度高，加工性好等特点，被普遍应用于航空、建筑、产品包装、船舶、电器、化工、汽车等众多工业[1]。随着更多冶炼技术的掌握，铝及其合金大量替代了钢铁材料等应用，促使了工业产品再一次向未来所需方向发展。
参考文献
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