固溶處理對銅鋁合金組織的影響

劉偉 肖旋

摘要：以鋁銅合金為研究材料，基于固溶工藝參數的調節，結果發現，隨著固溶溫度的升高，合金中的k相逐漸減少，β、相組織逐漸增多;固溶至900℃時，鋁銅合金中的k相已完全固溶。經室溫拉伸后，鋁銅合金的抗拉強度、屈服強度、呈現先升后降的趨勢，延伸率逐漸減小，溫度為890℃時具有較高的強度與一定的塑形，為最佳的固溶熱處理工藝。

關鍵詞：鋁銅合金，固溶，相變，力學性能

中文分類號：TG146

1引言

青銅合金具有悠久的歷史，隨著時代的進步在青銅合金內部加入部分合金元素，如Al，P，Fe等形成新型鋁銅合金[1-3]。該合金不但具有一般銅合金的優良物理性能，而且比傳統的青銅類合金具有更高的強度、硬度、耐磨性等系列力學性能。因此，被廣泛的應用于現代制造業和軍用加工業，如重工制造、機械制造、電器制造及航空航天等[4]。但隨著技術的更新換代和科學技術的進步，常用的簡單鋁銅合金的力學性能逐漸不能滿足現代制造業及航空航天等的性能要求，因此研究優良力學性能的鋁銅合金具有重要意義。

經過文獻發現[5-6]，在鋁銅合金具有多種復雜的相組織，可以熱處理強化，來提高其性能，本次研究將通過固溶處理對鋁銅合金進行優化，提出最優的熱處理參數，使該合金性能滿足現代工業性能的要求。

2實驗材料與方法

本次試驗所用材料為鍛壓后的鋁銅合金，該合金的化學元素含量如表1所示。試驗過程中保溫時間為1h，分別在850 ℃-900℃不同溫度下進行固溶處理，并進行金相觀察。關于力學性能測試，用常溫拉伸力學性能作為檢測的標準，分別對固溶溫度進行比較選出最佳熱處理工藝。

3結果與討論

3. 1顯微組織

圖1為經過在850 ℃-900 ℃保溫1h固溶處理后的金相組織。由圖1（a）可以看出：白色部分晶粒組織為鋁元素溶于銅基固溶體中的面心立方ɑ相，一般而言，鋁銅合金中α相塑性好，硬度強度。如圖1（a）在ɑ相晶界及晶內處存在黑色球狀的共析體k相，工業上為了細化晶粒，提高合金的力學性能和耐磨性，在鋁青銅中加入了少量Fe，Fe在鋁青銅中的室溫溶解率很低，其質量分數約為0.3%，超過此溶解度就會出現FeAl3化合物，為富Fe相。

。經870℃固溶處理后，如圖1（b）合金基體組織發生了靜態再結晶作用，富鐵相逐漸固溶于基體，ɑ相組織逐漸長大，總體晶粒尺寸變大。一般而言當溫度冷卻至560 ℃時相組織會發生共析反應，高溫β相逐漸轉變為ɑ+k兩相組織相。但由于固溶處理時水冷，β相來不及完全轉變從而保留了部分的β相，（β相是電子化合物Cu3Al8為基的固溶體，體心立方結構，在高溫下具有很好的穩定性），形成ɑ+β+k組織（如圖1（c））。如圖1（d）隨著溫度升高至迅速冷卻β相轉變為無擴散型的黑色β、馬氏體強化相。隨著溫度升高至900℃，如圖1（c），由于固溶溫度高，ɑ+k迅速轉變為β相，合金中的為ɑ+k相逐漸減少，β、相逐漸增多;存在針狀β、馬氏體，β??相是以Cu3Al為基的介穩相的固溶體，當溫度在低于325℃時為斜方晶系的晶格結構，在溫度高于565℃時具有體心立方晶格結構，上述各組織物相的特征、形貌以及所占比例都是影響改合金力學性能的主要因素。

3.2力學性能

如圖2為在室溫下測定的鋁銅合金的力學性能，分別為抗拉強度（TS）、屈服強度（YS）、平均延伸率等。由圖2可知，隨著固溶溫度從850 ℃升高至900℃，合金的抗拉強度、屈服強度分別呈現出先升后降的變化趨勢，而伸長率一直降低，在890 ℃以下固溶時，合金的抗拉強度、屈服強度隨著固溶溫度的升高而逐漸增大， 890 ℃時抗拉強度分別為687MPa，屈服強度分別為394 MPa，延伸率為11.8%;固溶溫度在900℃時，合金的抗拉強度、屈服強度達逐漸下降，抗拉強度分別為643 MPa，屈服強度分別為292 MPa，延伸率為8.9%，這是由于大量出現的針狀β馬氏體為硬脆相，易生成裂紋而發生斷裂。因此可確定為比較好的的固溶溫度為890℃。

4結論

（1）鋁銅青銅合金最佳的固溶處理溫度為890℃保溫1h水冷，在此溫度下，該合金的抗拉強度分別為687MPa，屈服強度分別為394 MPa，延伸率為11.8%。

（3）鋁銅合金固溶強化機理主要為固溶固溶時處理時β??馬氏體的轉變作用，隨著固溶溫度的升高，β??馬氏體逐漸增多，塑性逐漸降低。

參考文獻

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沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110168