A201铝合金成分及其性能的研究

论文摘要

A201铝合金是美国牌号的Al-Cu系铸造铝合金，具有较高的常温力学性能和良好的高温力学性能，在航空航天领域有着很好的应用潜力。本文研究了A201铝合金中合金元素含量、细化剂、热处理工艺对合金力学性能的影响，对合金成分及热处理工艺进行了优化，并通过某薄壁铸件对优化结果进行了验证。研究了合金中Ag、Cu、Mg元素对合金力学性能的影响规律。结果表明合金中贵重金属Ag的添加量从0.2%Ag增至1.0%Ag，合金的常温力学性能有所提高，但并不显著。而且增加Ag的含量，合金300℃下的高温性能有所降低。综合考虑常温力学性能、高温力学性能、应力腐蚀开裂性能以及成本，将合金的Ag含量优化为Ag：0.6%。合金中Cu元素含量增加有利于屈服强度的提升，但Cu元素含量靠近上限时合金的延伸率有所下降。Cu元素的添加量为4.6%-4.8%对合金的综合性能更为有利。Mg元素含量的变化对合金性能的影响不大，接近上限时合金延伸率略有下降，综合考虑其对力学性能的影响及在熔炼过程中的烧损，Mg元素含量优化为Mg：0.30%。研究了晶粒细化剂KBF4及Al－Ti－B对A201铝合金力学性能的影响。结果表明，KBF4对合金性能的改善效果不明显。Al－Ti－B中间合金使A201铝合金的晶粒得到有效细化，合金力学性能有了很大的提升。合金中的显微缩松经Al－Ti－B细化后有所减少。通过正交试验对A201合金的热处理工艺进行优化。得到合金的最佳T7热处理工艺，固溶处理工艺为：515℃，4小时+527℃，20小时，水淬；时效处理工艺为：190℃，5小时，空冷。经成分优化、晶粒细化、热处理工艺制度优化后，A201合金性能可达Rm≥450MPa，Rp0.2≥420MPa，A≥6.0％。用A201合金对某薄壁复杂铸件进行试制。结果表明：合金经Al-Ti-B细化后，铸造裂纹等缺陷略有改善。采用经成分优化、Al－Ti－B细化后的A201铝合金采用低压铸造方法制得的厚度为3mm的砂型薄壁试片。试片按优化后的热处理制度进行热处理后常温力学性能接近金属型试棒的性能，300℃下的高温力学性能要好于金属型试棒的水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图片清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 典型的高强度铸造铝合金
• 1.2 Al-Cu-Mg-Ag 系合金研究现状
• 1.3 Al-Ti-B 细化剂在铝合金中的应用
• 1.4 铝合金薄壁复杂铸件生产技术简介
• 1.4.1 薄壁
• 1.4.2 结构复杂
• 1.4.3 内部质量要求高，合金铸造性能差
• 1.4.4 影响因素互相关联
• 1.4.5 主要的薄壁复杂铝合金铸件生产技术
• 1.5 本课题研究目的及意义
• 1.6 主要研究内容
• 第二章 试验条件及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验所使用的主要设备
• 2.3 试验设计
• 第三章 A201 铝合金的成分优化
• 3.1 A201 铝合金的成分
• 3.2 合金中各元素的作用
• 3.3 A201 铝合金的性能
• 3.4 A201 铝合金的初步试验
• 3.5 Ag 含量对 A201 铝合金性能的影响
• 3.6 Cu 含量对 A201 铝合金性能的影响
• 3.7 Mg 含量对 A201 铝合金性能的影响
• 小结
• 第四章 A201 铝合金的细化
• 4.1 细化剂对 A201 铝合金性能的影响
• 4.2 细化剂对 A201 铝合金显微组织的影响
• 小结
• 第五章 A201 铝合金的热处理工艺优化
• 5.1 固溶处理制度的优化
• 5.2 时效处理制度的优化
• 小结
• 第六章 A201 铝合金在某低压铸造薄壁铸件中的应用
• 6.1 铸件分析
• 6.2 铸造方法的选择
• 6.3 铸造裂纹缺陷
• 6.4 A201 铝合金薄壁试片的性能
• 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况