【摘 要】
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Al-Cu-Mg系合金广泛的应用于航空、航天领域。虽然Al-Cu-Mg系合金在固溶、峰值时效后进行形变强化可以显著提高强度,但同时也造成了塑性的大幅度降低。为了使合金同时具备高强度与高塑性,本研究以2324铝合金为具体的研究对象,通过将热轧变形与冷轧变形相结合的思路,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、EBSD技术、透射电子显微镜和万能拉伸试验机等测试方法和手段研究了固溶处理与预时效后冷轧变形对热轧态
【基金项目】
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黑龙江省“百千万”工程科技重大专项“高精度高强度铝合金航空器尾轴管的研发及产业化”,项目号（2020ZX03A03）,项目号（2019ZX10A01）
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Al-Cu-Mg系合金广泛的应用于航空、航天领域。虽然Al-Cu-Mg系合金在固溶、峰值时效后进行形变强化可以显著提高强度,但同时也造成了塑性的大幅度降低。为了使合金同时具备高强度与高塑性,本研究以2324铝合金为具体的研究对象,通过将热轧变形与冷轧变形相结合的思路,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、EBSD技术、透射电子显微镜和万能拉伸试验机等测试方法和手段研究了固溶处理与预时效后冷轧变形对热轧态Al-Cu-Mg合金的显微组织与力学性能的影响规律。本文首先对铸态、退火态与热轧态合金进行显微组织观察与力学性能表征。显微组织观察结果表明,铸态合金晶粒平均尺寸为145.3μm;退火后晶粒平均尺寸增加至197.7μm;当合金经过热轧变形后,等轴状晶粒转变成为板条状晶粒。力学性能测试结果表明,热轧态合金综合力学性能最佳,抗拉强度为295.2MPa、屈服强度为236.5 MPa,延伸率为9.2%。其次,研究了固溶处理对热轧态Al-Cu-Mg合金显微组织与力学性能的影响规律。研究结果表明:随着固溶时间增加,合金中的第二相减少,当固溶时间超过50 min后合金中未溶相数量基本不变,这些未溶相主要为含有微量Fe、Mn元素的Al2Cu Mg相和Al2Cu相。力学性能测试结果表明:随着固溶时间增加,合金轧向与横向强度提高,延伸率降低;在固溶50 min、自然时效72 h后,合金轧向综合力学性能最佳,抗拉强度为428.4 MPa、屈服强度为277.0 MPa,延伸率为19.7%;横向综合力学性能也在固溶50 min、自然时效72 h后达到最佳,抗拉强度为429.0 MPa、屈服强度为265.4 MPa,延伸率为20.6%。断口形貌分析表明:合金断裂形式为微孔聚集型断裂。最后,研究了预时效后进行冷轧变形对合金显微组织与力学性能的影响规律。显微组织观察结果表明:冷轧变形使得合金中未溶的Al2Cu Mg相和Al2Cu相发生了破碎。TEM观察发现:基体中存在较多的棒状Al20Cu2Mn3相,该相附近存在大量缠结位错,对合金产生显著强化效果。在冷轧变形量为19%的合金中,位错密度达到最大值。EBSD分析结果表明,随着冷轧变形量增加,S、R、Cube、Goss、Brass织构含量增加,＜111＞、＜110＞织构含量降低。力学性能测试结果表明,随着冷轧变形量的增加,合金强度增加,延伸率仍保持较高水平。当冷轧变形量为11%时,合金轧向综合力学性能最佳,抗拉强度为465.0 MPa、屈服强度为291.6 MPa,延伸率为19.0%。此时合金横向抗拉强度为469.9 MPa、屈服强度318.0 MPa、延伸率16.9%。本研究中Al-Cu-Mg（2324）合金固溶形变热处理工艺最佳的参数为:固溶处理495℃/50 min,预时效4 h,冷轧变形11%,自然时效72 h。在最佳工艺条件下,获得的Al-Cu-Mg合金综合力学性能最佳,轧向抗拉强度465.0 MPa、屈服强度分291.6 MPa,延伸率为19.0%;横向:469.9 MPa、318.0 MPa、16.9%。
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