多级时效对ZL114A 合金组织和拉伸性能的影响

0前言
ZL114A 合金属于Al-Si 系铝合金，密度较低，
强度较高，具有优良的铸造性能、机械性能、力学性能、抗腐蚀性能和焊接性能，已广泛应用于我国航空航天等领域。

随着航空航天领域不断发展，对ZL114A 合金的综合性能要求也不断提升。

为获得高强度、高塑性的ZL114A 合金，我国与国外学者在组织成分、铸造工艺、热处理工艺、改进及晶粒细化等方面进行了科学研究，并取得了不小的成就[1]。

在热处理工艺的研究和改进方面，闫峰等人研究了分级固溶对ZL114A 铝合金组织与性能的影响，发现采用分级固溶处理能有效地提高合金的力学性能[2]。

李卫超等人研究了固溶温度和固溶时间对ZL114A 合金共晶硅形态的影响，发现固溶温度对共晶硅的粒化过程有很大的影响，提高固溶温度可以减少固溶时间[3]。

贺晓军等人研究了固溶温度、固溶时间、淬水水温、时效温度和时效时间等工艺参数对ZL114A 合金力学性能的影响[4]。

本文在以上热处理工艺的研究的基础上，进一步研究了多级时效对ZL114A 合金组织和拉伸性能的影响。

1实验材料和方法
1.1实验材料
本实验研究的材料为ZL114合金，其化学成分如表1所示。

表1ZL114A 合金的化学成分（质量分数/%）
化学元素含量
Si 7.10
Mg 0.54
Fe 0.12
Ti 0.12
Mn ＜0.1
Al 余量
其熔炼过程为：加料→熔化→搅拌→调整成分→精炼→变质→浇注。

熔炼原料由纯铝锭、ZL114合金回炉料（≤总量的30%）、中间合金、结晶硅和纯镁组成。

在浇注前的变质处理过程中加入了炉料重量的0.04%~0.05%的铝锶变质剂。

本实验中，未经热处理的铸态ZL114A 合金材料的抗拉强度为175.52MPa，伸长率1.9%，图1是铸态ZL114A 合金的显微组织。

图1铸态ZL114A
合金显微组织
多级时效对ZL114A 合金组织和拉伸性能的影响
全琪峰1，董立新1，刘力菱1，方华伟2
（1.西南交通大学材料科学与工程学院，成都610031；2.重庆铁马工业集团有限公司，重庆400050）
摘要：研究了多级时效对ZL114A 合金组织和拉伸性能的影响。

研究结果表明，采用热处理工艺545℃×12h+55℃水淬+155℃×8h+175℃×8h，ZL114A 合金材料试样的强度和塑性最好。

因为此时，α-Al 晶粒等轴化程度更高，晶粒度更小；同时使得共晶硅析出更充分，共晶硅晶粒圆化程度更高，多呈圆状和颗粒状，颗粒大小较一致，连续性和弥散性较好。

关键词：多级时效；ZL114A；显微组织；拉伸性能中图分类号：TG146.21，TG156.92文献标识码：A
文章编号：1005-4898（2019）06-0027-03
doi ：10.3969/j.issn.1005-4898.2019.06.06
作者简介：全琪峰（1996-），男，江西抚州人，在读硕士研究生。

收稿日期：2019-10-31
2019年第6期总第251期《铝加工》技术工程
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1.2实验方法
实验材料分为3组，分别命名1组、2组、3组合金试样。

1~3号合金试样分别按照表2的热处理实验方案进行处理。

在箱式电阻炉中进行固溶处理，在55℃水温的水浴锅中进行淬火处理，在烘箱中进行时效处理。

热处理完后在WS-100型电子万能拉伸试验机上拉伸试样，测试其抗拉强度和延伸率。

最后用金相试样经粗磨、细磨、抛光后，用浓度为0.2%的HF 水溶液腐蚀5～10s，在光学显微镜下观察样品的显微组织。

表2ZL114A 合金的热处理试验方案
编号123
固溶工艺545℃×12h 545℃×12h 545℃×12h
淬火工艺55℃水淬55℃水淬55℃水淬
时效工艺155℃×8h 175℃×8h 155℃×8h+175℃×8h
2实验结果与分析
2.1不同热处理工艺下的拉伸性能
为了测试不同热处理工艺下合金的力学性能，
本实验采用WDW-200微控电子试验机对热处理后的合金进行了拉伸试验，实验结果如图2所示。

图3不同热处理工艺下合金的力学性能
由图2可知，相对于第1组和第2组试样，第3组试样的性能十分优异，抗拉强度和伸长率都是最高的，且抗拉强度高达410MPa。

说明在其他处理工艺不变的前提下，多级时效相对于传统的时效工艺更能提高ZL114A 合金的力学性能。

2.2多级时效对合金组织和拉伸性能的影响
ZL114合金中强化机制有固溶强化和析出强化，而析出强化是主要的强化机制。

按位错通过析出相的方式不同，将析出强化分为两类：当颗粒析出相的尺寸细小且密度大时，这时强化机制为切过机制；当颗粒析出相的尺寸大且与基体不是完全共
格关系时，这时为绕过强化机制[5]。

为了探究多级时效提高ZL114A 合金的力学性能的微观机理，本文对热处理后的合金试样进行了微观形貌的表征。

1、2、3组试样的显微组织如图3所示。

共晶硅是ZL114A 合金中最主要的析出相，因此共晶硅的形态对强度、塑性的影响最大。

将图3中经过热处理的试样的显微组织与图1中铸态原始试样进行对比。

可以看出经过热处理后的试样，α-Al 枝晶数少，晶粒趋向于等轴化，共晶硅的形态从针状、纤维状变为球状、颗粒状。

颗粒状的共晶硅比起纤维状的共晶硅，更加有助于提高合金的塑性，而细纤维状大大加强了合金的球化和共晶硅的弥散分布。

因此，热处理后的试样都比未经热处理的强度和塑性要高。

图3不同热处理工艺下的ZL114A 合金显微组织
通过比较图3中三种不同热处理工艺下试样的
全琪峰，等：多级时效对ZL114A 合金组织和拉伸性能的影响技术工程
伸长率／％
组号
抗拉强度／M P a
抗拉强度伸长率
（3）
（2）
（1）
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显微组织进行可以看出：
从α-Al 的形态上看，第3组试样的晶粒等轴化程度更最高，晶粒度最细小，晶粒分布均匀弥散；第2组试样的的晶粒等轴化程度居中，晶粒度居中，晶粒不规则；第1组试样的晶粒等轴化程度最低，晶粒度最大，有粗大的枝状晶。

从共晶硅的形态上看，第3组试样的共晶硅多呈球状、棒状，晶粒度最大，但是圆化程度最高，连续性最好，晶粒之间的间距最小，弥散程度最高，各个晶粒之间大小相差不大；第2组试样的共晶硅多呈颗粒状和棒状，晶粒度最小，但晶粒间距较大，晶粒大小参差不齐，连续性最差，弥散程度居中；第1组试样的共晶硅多呈棒状、球状，晶粒度居中，圆化程度最低，晶粒之间间距较小，连续性较好，弥散程度较差。

另外，第3组试样α-Al 基体中析出相最多，第2组试样居中，第1组试样其次。

综上所述，本实验中的ZL114A合金采用热处理工艺545℃×12h+55℃水淬+155℃×8h+175℃×8h 时的强度和塑性最好。

另外，贺军等人在对ZL114A 合金热处理工艺的研究中，发现单级时效时采用155℃×7.5h 得到的ZL114A 合金的力学性能最好。

但是本文中的研究发现采用单级时效175℃×8h 比采用单级时效155℃×8h 的强度和塑
性都要更好。

其中的原因可能在于本文中研究的ZL114A 合金材料加入了铝锶变质剂。

当然，具体原因还值得深入探讨。

3结论
本实验中的ZL114A 合金材料采用545℃×12h+55℃水淬+155℃×8h+175℃×8h 热处理工艺的试样的强度和塑性最好。

因为多级时效155℃×8h+175℃×8h 使得α-Al 晶粒等轴化程度更高，晶粒度更小。

同时使得共晶硅析出更充分，共晶硅晶粒圆化程度更高，多呈圆状和颗粒状，颗粒大小较一致，连续性和弥散性较好。

参考文献
[1]范耀强.ZL114A 合金热处理工艺研究[D].太原市：中北大学，2015
[2]闫峰.分级固溶对ZL114A 铝合金组织与性能的影响[J].精密成形工程，2013（05）：1-4
[3]李卫超，邹勇志，曾建民.固溶温度和时间对ZL114A 合金组织的影响[J].机械工程材料，2008（11）:25-27[4]贺晓军.铸造铝合金ZL114A 的热处理工艺[J].宇航材料工艺，2013（03）:92-94
[5]
桑益.Al-Mg-Si 合金的多级时效硬化特性和析出行为[D].湖南：湖南大学，2012：73
Influence of Multi-artificial Aging on Microstructures and
Properties of ZL114A Alloy
QUAN Qi-feng 1，DONG Li-xin 1，LIU Li-ling 1，FANG Hua-wei 2
(Materials Science and Engineering,SouthWest JiaoTong University,Chengdu 610031;
2.Chongqing Tiema Industrial Co.,Ltd.,Chongqing 400050,China ）
Abstrac t:The influence of multi-artificial aging on the microstructures and tensile properties of ZL114A alloy have been investigated.The results show that ZL114A alloy can achieve the best tensile properties after the heat treatment of 545℃×12h+55℃water quench⁃
ing+155℃×8h+175℃×8h.Under this condition,there are more equiaxed and small α-Al grains in the ZL114A alloy.Eutectic sili⁃con grains precipitate more fully and become more round and granular,of which sizes are consistent.In the meantime,eutectic silicon grains are homogeneously and continually distributed.
Keywords :multi-artificial;ZL114A alloy;microstructures;tensile properties
2019年第6期总第251期《铝加工》技术工程/信息报道
海德鲁推出两个绿色铝品牌产品
近日，挪威海德鲁公司推出两个绿色铝品牌产品CIRCAL 与REDUXA。

CIRCAL 是由回收铝废料制成的一系列产品，可以大幅降低能源消耗，废料的百分比将根据客户要求的规格而变化，但始终可以保证每生产1kg 铝实现降低2.3kg/CO 2。

而REDUXA 则是经过一系列认证的低碳铝，由至少75%的铝废料制成。

这两款绿色品牌为低碳铝和再生铝设定了新的标准，以支持客户更易于推广具有可持续性的铝产品。

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