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2A14／A390復(fù)合材料熱處理組織和性能研究

2016-05-23 10:30:53 安裝信息網(wǎng)

姜銀方錢俊康萬里許若震楊青王科委劉振

（江蘇大學機械工程學院）

摘要對鋁合金2A14和A390復(fù)合材料進行熱處理并研究其組織性能。試驗中采用熱擠壓復(fù)合鑄造技術(shù)使得兩種金屬實現(xiàn)冶金結(jié)合，經(jīng)過固溶熱處理后對雙金屬復(fù)合界面的顯微組織、顯微硬度及結(jié)合強度進行測試；并對熱處理工藝參數(shù)進行分析研究，發(fā)現(xiàn)最佳的熱處理溫度為500℃，固溶4h。

關(guān)鍵詞雙金屬；固溶處理；力學性能

車用發(fā)動機裂解型連桿常用的制造材料局限于粉末鍛造、高碳鋼、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵，而這類材料的制備條件苛刻，成本高，使得連桿裂解加工技術(shù)的應(yīng)用與推廣受到限制。針對上述問題，采用雙金屬復(fù)合鑄造技術(shù)來制造裂解連桿，使裂解層充填不同于連桿主體的材料，通過熱擠壓復(fù)合鑄造技術(shù)使得具有高性能的主體材料和具有脆斷性的裂解材料實現(xiàn)冶金結(jié)合，然后在裂解層實施裂解。此方法可將鋁合金、鈦合金、40Cr等用于裂解型連桿的制造，擴大了裂解連桿材料的選擇范圍。對雙金屬試樣進行熱處理，目的在于提高兩種材料的界面連接質(zhì)量，使得材料結(jié)合得更加緊密，同時改善雙金屬復(fù)合材料的組織和力學性能。本課題制備了2A14/A390雙金屬鋁合金，熱處理后觀察并分析其組織和性能，得出最佳的熱處理工藝參數(shù)。

1 試驗過程

2 A14和A390鋁合金的化學成分見表1。首先預(yù)熱模具和隔離板，見圖1，其預(yù)熱溫度分別為280和400。C；再將兩金屬放入坩堝爐中加熱，加熱溫度分別為7 30和680。C，除渣除氣后，將隔離板插入模具中。先澆2A14鋁合金，待其凝固成半固態(tài)狀態(tài)時，將隔離板拔出，將A390鋁合金澆入到除去隔板所形成的空隙中，同時施加擠壓力使得兩金屬充分接觸，保壓一段時間空冷后形成雙金屬鑄坯，然后進行線切割，保證切割后的試樣復(fù)合界面清晰，見圖2。

在480、490、500℃下分別固溶2、4、6h，分析后得出最佳的固溶熱處理方案。

2試驗結(jié)果與分析

2.1顯微組織分析

圖3為鑄態(tài)和不同溫度下固溶4h時復(fù)合材料的金相組織�？梢钥闯觯T態(tài)以及固溶溫度為480、490℃時組織中存在針狀共晶Si、條狀共晶Si、點鏈狀共晶Si。而當固溶溫度為500℃時，共晶Si逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，界面上的團聚現(xiàn)象基本消失，細小的顆粒狀共晶Si彌散分布在基體中，A390鋁合金一側(cè)Si向2A14鋁合金一側(cè)發(fā)生了明顯的擴散，雙金屬復(fù)合材料在界面處能夠緊密結(jié)合，因此選擇溫度為500 0C。圖4為500℃時固溶2、4、6h復(fù)合材料的金相組織。

當固溶2h時，共晶Si依然呈細長的針狀和片狀，幾何尺寸較大，球化效果不明顯，合金組織中可見明顯的殘留化合物，并且兩種金屬的界面較明顯，沒有明顯的過渡區(qū)域；當固溶4h時，合金基體中的細長的針狀Si逐漸球化，分布更加彌散、均勻，兩種金屬界面融合較好，界面的過渡區(qū)域明顯，進一步提高了主體材料和裂解材料的結(jié)合性能；當固溶6h時，Si相開始長大，尤其是部分片狀共晶Si長大較為明顯，影響兩種材料的結(jié)合性能。綜上所述，固溶時間選擇為4h合適。

2.2力學性能分析

從2 A14／A390的結(jié)合界面處開始分別向兩側(cè)進行顯微硬度測定，取A390合金方向為正向，所得結(jié)果見圖5。鑄態(tài)組織界面兩側(cè)硬度差別較大，成跳躍式變化，隨著固溶溫度的提高，2A14 -側(cè)硬度上升較明顯，A390 -側(cè)硬度也略有上升，界面兩側(cè)硬度過渡逐漸平緩，由跳躍式變化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻茸兓Ｖ鸩窖娱L時間，界面兩側(cè)金屬的硬度都先增加后減小，兩種金屬靠近界面處位置的硬度差逐漸減小。固溶4h時，硬度達到最大，且界面處硬度過渡平緩，表明兩種材料結(jié)合質(zhì)量較好。

表2為固溶溫度對試樣力學性能影響。由表2可知，隨著固溶溫度的升高，雙金屬復(fù)合材料的抗拉強度和伸長率均提高。這是由于在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著固溶溫度的升高，合金中強化相逐漸溶解，固溶體含量逐漸升高，因此合金的強度和伸長率逐漸變大。表3為固溶時間對試樣力學性能影響。從表3看出，延長固溶時間，試樣的抗拉強度和伸長率先升高后降低，且最佳固溶時間為4h。