Metall. Mater. Trans. A：T6處理Al-5%Cu合金淬火時沉淀相對機械性能預測的影響

【引言】

Al-5%鑄造合金是可熱處理鋁合金之一，廣泛應用于航空航天工業的大型薄壁部件。在工業中，控制淬火速率是控制熱處理鋁合金的機械性能的主要方法。為防止不可矯正變形，鑄件的最大厚度大于60mm，鑄件中心部位因淬火速率降低而機械性能發生變化，因此，引入淬火因子分析（QFA）用于預測連續淬火速率對鋼和熱處理鋁合金機械性能的影響。近些年通過σ_min的引入，將其局限性從10%的性能損失預測擴展到70%。

【成果簡介】

近日，清華大學王罡副研究員（通訊作者）在Metallurgical and Materials Transactions A上發表了題為“Effect of Precipitation During Quenching on the Prediction of the Mechanical Properties of Al-5 Pct Cu Alloy After T6 Treatment”的文章。在本文中，考慮淬火和時效后沉淀強化作用，提出了一種非等速模型，以描述基于完全沉淀測試和TEM觀察的最小強度的演變。 此外，利用等溫淬火試驗對Al-5%Cu鑄造合金進行了與非等動力模型的綜合淬火因子分析。最后，在各種淬火條件下，包括80℃水冷，空冷，爐冷等。對機械性能的綜合模型進行了驗證， 顯示性能損失預測可以擴大到85%。

【圖文解讀】

圖一 等溫淬火曲線

將樣品在馬弗爐中813K保溫6h，在不同溫度下分別鹽浴不同時間，水冷，時效6h。

圖二 400℃應力-應變曲線

實驗屈服現象不明顯，將0.2殘余應變所對應的應力視為屈服強度

圖三 等溫淬火試樣屈服強度

隨保溫時間增加，屈服強度降低，673K尤為明顯

圖四 不同溫度最小屈服強度

773K-573K，σ_min降低；573K-473K，σ_min升高，淬火后發生沉淀強化

圖五 Al-5%Cu合金模型與實驗數據比較

與Staley模型、parabola模型相比，本文模型與實驗數據更加符合

圖六 Al-5%Cu最小屈服強度

此圖表明σ_min主要與溫度高于673K時時效過程沉淀強化作用，673K-573K時退火屈服強度，573K以下淬火時沉淀強化作用有關

圖七 Al-Cu相圖富鋁區

如圖給出了GP區、θ’區、θ’’亞穩態邊界

圖八 773K試樣最小屈服強度TEM圖像

(a)?θ’相

(b)?θ’’相

圖九 不同溫度試樣最小屈服強度TEM圖像

(a) 573K

(b) 473K

圖十 θ’相分布

(a) σ_max

(b) 773 K

(c) 573 K

(d) 473 K

圖十一 Al-5%Cu鑄造合金TTP曲線

臨界時間由不同溫度下的動力學參數計算得出

圖十二 測量值與預測數據擬合

預測曲線與實驗數據匹配良好

圖十三 Al-5%Cu合金不同情況下淬火應力-應變曲線

模型屈服強度有效，機械性能損失預測擴展至85%

【小結】

本文通過實驗驗證了緩慢淬火過程中沉淀強化作用，提出了非等速模型預測Al-5% Cu的最小屈服強度，并用實驗數據估算了動力學參數。模型表明，Al-5%Cu的最小屈服強度主要受溫度高于673 K的時效處理過程沉淀強化作用的影響，673 K-573℃的退火屈服強度以及在低于573K的溫度下緩慢淬火時的沉淀強化效果。并用估計的動力學參數形成了Al-5% Cu的TTP曲線。 另外，使用353K水冷、空冷、爐冷測量數據進行實驗驗證，預測和測量數據之間的最大誤差為4.35%。

文獻鏈接：Effect of Precipitation During Quenching on the Prediction of the Mechanical Properties of Al-5 Pct Cu Alloy After T6 Treatment(Metall. Mater. Trans. A, August 29, 2017, DOI: 10.1007/s11661-017-4291-7)

本文由材料人編輯部金屬學術組liunian投稿，材料牛編輯整理。

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