Metall. Mater. Trans. A：T6处理Al-5%Cu合金淬火时沉淀相对机械性能预测的影响

【引言】

Al-5%铸造合金是可热处理铝合金之一，广泛应用于航空航天工业的大型薄壁部件。在工业中，控制淬火速率是控制热处理铝合金的机械性能的主要方法。为防止不可矫正变形，铸件的最大厚度大于60mm，铸件中心部位因淬火速率降低而机械性能发生变化，因此，引入淬火因子分析（QFA）用于预测连续淬火速率对钢和热处理铝合金机械性能的影响。近些年通过σ_min的引入，将其局限性从10%的性能损失预测扩展到70%。

【成果简介】

近日，清华大学王罡副研究员（通讯作者）在Metallurgical and Materials Transactions A上发表了题为“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，考虑淬火和时效后沉淀强化作用，提出了一种非等速模型，以描述基于完全沉淀测试和TEM观察的最小强度的演变。 此外，利用等温淬火试验对Al-5%Cu铸造合金进行了与非等动力模型的综合淬火因子分析。最后，在各种淬火条件下，包括80℃水冷，空冷，炉冷等。对机械性能的综合模型进行了验证， 显示性能损失预测可以扩大到85%。

【图文解读】

图一 等温淬火曲线

将样品在马弗炉中813K保温6h，在不同温度下分别盐浴不同时间，水冷，时效6h。

图二 400℃应力-应变曲线

实验屈服现象不明显，将0.2残余应变所对应的应力视为屈服强度

图三 等温淬火试样屈服强度

随保温时间增加，屈服强度降低，673K尤为明显

图四 不同温度最小屈服强度

773K-573K，σ_min降低；573K-473K，σ_min升高，淬火后发生沉淀强化

图五 Al-5%Cu合金模型与实验数据比较

与Staley模型、parabola模型相比，本文模型与实验数据更加符合

图六 Al-5%Cu最小屈服强度

此图表明σ_min主要与温度高于673K时时效过程沉淀强化作用，673K-573K时退火屈服强度，573K以下淬火时沉淀强化作用有关

图七 Al-Cu相图富铝区

如图给出了GP区、θ’区、θ’’亚稳态边界

图八 773K试样最小屈服强度TEM图像

(a) θ’相

(b) θ’’相

图九 不同温度试样最小屈服强度TEM图像

(a) 573K

(b) 473K

图十 θ’相分布

(a) σ_max

(b) 773 K

(c) 573 K

(d) 473 K

图十一 Al-5%Cu铸造合金TTP曲线

临界时间由不同温度下的动力学参数计算得出

图十二 测量值与预测数据拟合

预测曲线与实验数据匹配良好

图十三 Al-5%Cu合金不同情况下淬火应力-应变曲线

模型屈服强度有效，机械性能损失预测扩展至85%

【小结】

本文通过实验验证了缓慢淬火过程中沉淀强化作用，提出了非等速模型预测Al-5% Cu的最小屈服强度，并用实验数据估算了动力学参数。模型表明，Al-5%Cu的最小屈服强度主要受温度高于673 K的时效处理过程沉淀强化作用的影响，673 K-573℃的退火屈服强度以及在低于573K的温度下缓慢淬火时的沉淀强化效果。并用估计的动力学参数形成了Al-5% Cu的TTP曲线。 另外，使用353K水冷、空冷、炉冷测量数据进行实验验证，预测和测量数据之间的最大误差为4.35%。

文献链接：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)

本文由材料人编辑部金属学术组liunian投稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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