固溶温度对挤压铸造ZL205A合金力学性能和组织的影响

摘 要：研究了固溶温度对ZL205A合金微观组织和性能的影响。结果表明：固溶温度538℃时，组织得到细化，其力学性能相对于固溶前得到显著提高，固溶强化效果理想，抗拉强度达到峰值381.2MPa，伸长率达到11.6%。

1 前言

ZL205A 合金是我国自行研制的一种高强度铸造铝合金，广泛应用于航天航空等领域[1]。目前，ZL205A 高强铸造铝合金优异的性能已为我国航天上重要承力结构件的选材应用开辟了新的途径[2]。而选择合适的热处理工艺可缩短企业生产周期，提高材料的综合性能，给企业带来更好的经济效益。为此，本实验探讨了固溶处理对ZL205A的组织和性能的影响[3-5]。

2 实验材料和方法

选择实验用的合金成分为（wt，%）5Cu、0.6Mn、0.25Ti、0.2Cd、0.1Zr、0.2V、0.005B、Mg≤0.05、Si≤0.06、Fe≤0.15，其余为铝。采用坩埚电阻炉进行熔炼，温度达到780℃， 用石墨搅拌棒将熔液搅拌均匀， 730℃时经过精炼，撇渣，保温10 min，710浇注的试验用铝。铸件分别在515℃，523℃，530℃，538℃，545℃时进行固溶处理，固溶时间为10h，最后出炉水淬。在铸件力学性能最好的固溶处理温度下，调整固溶时间，固溶时间为4h、6h、8h、10h、12h，然后出炉水淬。

固溶处理后选取具有典型力学性能的试棒制备金相试样，并用XJL-02型立式金相显微镜、JXA-840型扫描电子显微镜对不同工艺参数、不同热处理状态下的试样进行组织形貌观察分析。

3 实验结果和讨论

3.1固溶温度的影响

固溶温度在x择时应该考虑到两个方面：第一方面在选定的固溶温度后保证θ相充分地溶解于α相中[6-8]。第二方面所选的固溶温度不能让共晶体在ZL205A合金中的发生熔化，所以合金固相线温度要略高于固溶处理的温度，Al-Cu二元合金的共晶温度为548℃，固溶处理温度在选择上应该低于548℃，如果合金组织在固溶加热时容易产生过烧[9-11]，固溶温度在选择上应适当的降低一些。为了得到ZL205A合金在固溶处理时的最佳固溶温度，固溶处理温度在选择上应该低于548℃，设定515℃、523℃、530℃、538℃、545℃五个固溶试验温度，固溶处理时间为10h，铸件出炉后进行水淬。

从表1.1可以看出，铸件经过固溶温度515℃、523℃、530℃、538℃、545℃，固溶时间为10h处理后，铸件的抗拉强度较未固溶前有一定的提高，提高幅度分别为36.8%、45.3%、59.1%、59.8%、29.2%，铸件的伸长率较未固溶前也有着一定程度的提高。

图2（a）、2（b）、2（c）分别为铸件经515℃×10h、530℃×10h、538℃×10h固溶处理并出炉后水淬的显微组织图。图2（d）为铸件经545℃×10h固溶处理并出炉后水淬后的断口形貌。由图2（a）中可看出，当固溶温度为515℃时，组织晶界处相已部分溶入到合金的固溶体内，固溶导致晶界处的相不在连续，相也比较粗大。图2（c）中晶界处大部分的相已几乎都溶入到合金的固溶体内，只有一小部分相残留在晶界处，而且形态上要比图2（a）中晶界处的相要细小，因此，图2（c）中相在固溶体中的溶解量大于图2（a）固溶体中的溶解量，由于铜在固溶体的含量大于经515℃×10h处理后的，所以固溶强化效果要好，力学性能提高。当热处理条件为538℃×10h时，挤压铸造ZL205A合金铸件的强化效果要好于515℃×10h。当热处理条件为545℃×10h时，铸件的断口形貌如图4.2d），从图4.2d）中可发现铸件的断口处有缺陷，应该为组织过烧所致，使铸件的力学性能严重降低，因此固溶处理条件为545℃×10h时，铸件的抗拉强度下降，铸件的伸长率比未固溶前的还要小。分析得出，热处理过程中挤压铸造ZL205A合金的最佳固溶温度为538℃。

4 结论

ZL205A合金有很好的固溶强化效果，铸件经过固溶处理（538℃×10h）后，其力学性能相对于固溶前得到显著提高，其抗拉强度提高了17.8%，伸长率提高了26.1%。当固溶时间为10h，随着固溶温度的升高，ZL205A合金的抗拉强度也随之增加，固溶温度升到538℃时，固溶强化效果理想，抗拉强度达到峰值381.2MPa，伸长率达到11.6%，固溶温度继续上升，抗拉强度和伸长率下降。

参考文献：

[1]吴炳尧.镁合金压铸技术分析.铸造，2000（8）：443～448.

[2] 夏明许.镁合金压铸件收缩缺陷分析及对策.特种铸造及有色合金，2002（6）：23～25.

[3] 曾小勤.镁合金应用新进展.铸造，1998（11）：39～43.

[4] 齐丕骧.日本挤压铸造技术的发展状况.特种铸造及有色合金，1994（4）：25～28.