2519铝合金微观组织与力学性能的研究

论文摘要

2519铝合金属于热处理可强化型铝合金,合金内部的组织结构与合金性能具有密切关系。随着热处理的进行,合金微观组织结构发生变化,引起合金性能发生变化。本文利用维氏硬度测量、强度测量、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微像(SEM)分析、透射电子显微像(TEM)分析及高角度环形暗场像(HADDF)分析等手段系统地研究了2519铝合金经均匀化热处理、热挤压变形、固溶处理、人工时效等热处理后微观组织结构及力学性能的变化,研究的主要结果为:合金在不同热处理阶段具有不同的微观组织结构,铸态合金存在枝晶偏析现象,晶界的未溶相主要为共晶的Al2Cu相和Al7Cu2Fe相,且残存有熔铸气泡,其抗拉强度与延伸率分别为129.3MPa和1%。经均匀化热处理后,共晶相溶解,合金元素Cu较为充分的溶解到Al基体中,其力学性能改善,抗拉强度为286.8MPa,延伸率为5.4%。合金样品随后进行热挤压变形,晶粒形状发生变化,由等轴状变为长条状,合金抗拉强度与延伸率分别为329.9MPa和21.8%,性能得到较大提高。530℃/1h过饱和固溶处理后淬火,合金元素Cu以过饱和形态存在于晶内,此时合金的抗拉强度为346.1MPa,延伸率为24.5%。过饱和态的合金经180℃/12h人工时效后,合金元素Cu在时效过程中形成纳米析出相——盘片状θ′相和板条状S相,其中θ′相为多数相,运用高角度环形暗场像(HADDF)对θ′相的析出序列中由GPⅡ区向θ′相原子结构演变以及θ′相的生长机制进行详细说明。运用扫描电子显微镜(SEM)观察纳米析出相θ′相,并进行析出相数量密度的统计,系统说明过时效阶段,析出相尺寸、数量密度、体积分数的变化情况。研究合金中S相生长机制,提出S相存在均匀形核与非均匀形核。合金显微硬度随人工时效呈现明显的时效硬化行为,为欠时效,峰时效,过时效三个阶段,峰值时效的合金的抗拉强度达到396.8MPa,延伸率为10.2%。通过分析各个热处理阶段的合金微观组织结构与断裂形式,提出了优化的热处理制度,提高了合金的力学性能,使合金的抗拉强度提高至464MPa,而延伸率保持为10.6%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 2519 铝合金的介绍
• 1.2 2519 铝合金研究现状
• 1.2.1 2519 铝合金中纳米析出相及析出序列
• 1.2.2 微观组织结构对合金性能的影响
• 1.3 本论文研究目的和主要内容
• 第2章 实验材料、实验设备与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 显微组织结构观察分析
• 2.3.2 力学性能测量
• 第3章 2519 铝合金显微组织结构的演变与分析
• 3.1 晶界未溶第二相组织演变
• 3.1.1 铸态合金
• 3.1.2 挤压态合金
• 3.1.3 固溶态合金
• 3.2 晶内纳米析出相的演变与结构
• 3.2.1 时效态合金中主要纳米析出相
• 3.2.2 合金的差热扫描（DSC）热分析
• 3.2.3 θ"相原子结构与θ′相生长机制分析
• 3.2.4 过时效阶段析出相的数量密度统计
• 3.3 分析讨论
• 3.3.1 晶界未溶第二相
• 3.3.2 晶内纳米析出相演变总体规律
• 3.3.3 θ"相结构与θ′相生长机制的探讨
• 3.3.4 过时效阶段析出相的数量密度统计
• 3.4 本章小结
• 第4章 2519 铝合金力学性能测量与分析
• 4.1 热处理后合金抗拉性能的测量
• 4.2 断口形貌与断裂机理分析
• 4.3 时效硬化行为
• 4.4 均匀化热处理制度的优化
• 4.4.1 铸态合金差热扫描（DSC）热分析
• 4.4.2 不同均匀化处理后的合金显微组织
• 4.4.3 均匀化动力学验证
• 4.4.4 XRD 分析与元素分布统计
• 4.4.5 力学性能的比较
• 4.5 分析讨论
• 4.5.1 合金不同热处理状态及抗拉性能
• 4.5.2 时效硬化与析出强化
• 4.5.3 均匀化热处理制度的优化
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文）