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LC52铝合金锻造工艺及性能 |
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作者：兵器工业第五二研究所 刘玲霞 成建国 |
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摘要：研究了LC52铝合金锻件的锻造工艺，确定了锻造参数，制定了合理的工艺措施。通过锻件组织及性能的测试表明，该工艺方案切实可行。
关键词：LC52铝合金；锻造工艺；金相组织
LC52铝合金是我国近年来新研制的装甲用铝合金材料，其性能优良，是唯一列入国军标的中强可焊铝合金。该合金经轧制能获得比较理想的板材，并已投入了实际应用，然而该合金锻件的应用国内还未见这方面的报道。本课题结合结构件实际使用的场合及性能指标的要求，进行了该合金的锻造性能试验研究，力图通过锻造再结合相应的强化处理工艺，以达到改善合金微观组织提高其综合性能的目的。
一、试验用材料及试验方法
先根据LC52铝合金的中限成分(表1)，按配料标准配好炉料，装炉熔炼，纯铝铺底半连续铸锭。铸出尺寸为φ170mm的合格铸锭，然后进行均匀化处理。均匀化处理温度为460℃，时间为24h，出炉空冷。将均匀化处理后的铸锭一部分扒皮加工成φ6mm的标准化试样和φ20mm×30mm的压缩变形抗力试样，进行高温拉伸和高温压缩试验；另一部分扒皮后在750kg电动空气锤上进行锻造工艺试验，锻后进行力学性能试验及金相组织与断口分析。用μHP-10万能材料试验机进行力学性能测试，用CAMBRIDGE S360扫描电镜进行锻件拉断断口形貌分析，再用Neophot-Ⅱ型光学显微镜进行金相组织观察。 表1铸锭化学成分（%)
 二、试验结果及分析
1.高温塑性试验
LC52铝合金高温拉伸试验与高温压缩试验结果分别示如图1和图2。试验结果表明，随合金温度升高，强度迅速下降，塑性明显增加。温度到250℃时，强度从室温的288MPa下降到128MPa，延伸率从16%增加到25%；温度升到460℃时，强度只有50MPa，延伸率达40%，说明这时铸锭具有良好的塑性和较小的变形抗力；当温度升到500℃时强度虽然继续下降，而延伸率却不再增加，反而有所下降。因此该合金的可锻温度区可确定为300℃～460℃。
图1铸态LC52铝合金的拉伸性能
图2LC52铝合金的塑性图
由高温压缩试验可以看出，试样在300～500℃范围，合金变形量在76%不开裂，在450℃时塑性最好合金变形量在80%不开裂，由此可以看出合金在250～500℃具有较好的塑性。
2.锻造工艺试验
根据高温拉伸和高温压缩试验结果，结合铝合金半连续铸锭晶粒细小的特点，综合分析认为，影响该合金强度与塑性的主要因素是锻造变形量和锻后热处理工艺。因该合金的高温塑性较好，为简化工序便于生产，决定采用一次镦拔的大变形锻造工艺，二火锻成。第一火轴向压缩，锤击力要轻，每次变形量要小，总变形量要控制在60%左右；第二火轴向拔长，这次的锤击力在前火的基础上可增大，轴向拔长的总变形量为85%，然后继续一次打扁方，此时可采用大压下量锻造，锻造终了锻件的总变形量可达95%。终锻温度为385℃，锻坯锻后在空气中冷却。锻件的金相组织见图3。 
(a)横向的金相组织(b)纵向的金相组织
图3锻件的金相组织(×200)
图3a为横向组织，组织弥散细小，第二相质点已完全破碎，无明显的方向性。因3b为纵向组织，第二相质点已破碎，沿变形方向排列，析出相质点弥散地分布在α（Al）基体上。从锻件的金相组织可以看出，由于纵向组织的方向性，锻件的纵、横向性能有差异，纵向性能优于横向性能。
3.试验结果
为了消除锻后应力，提高合金机械性能须进行锻后处理。锻后处理工艺为460℃×1h，室温水淬；再120℃×24h人工时效。其锻后拉力性能为：纵向σb：495～510MPa，σ：12%～16%；横向σb：485～495MPa，δ：7.5%～10%。该性能达到LC52铝合金装甲板的国军标要求。
4.合金的金相组织与断口分析
合金锻件热处理后的纵向组织见图4，是由部分再结晶组织与变形的纤维状组织组成，化合物被破碎并沿锻造主变形方向排列，但不是十分明显，这种组织上的方向性使合金性能上也呈现方向性，因此合金的横向性能稍差于纵向性能。
图4锻件热处理后的金相组织
图5为拉力试样的断口形貌，表现为韧窝状断口，不同试样的韧窝形态大小及深浅相当，大韧窝套小韧窝，且断口均呈穿晶断裂，说明合金的韧性较好，在断口的韧窝中有少量的夹杂物，对夹杂物进行成分分析，其主要成分为Zr、Ti。
图5典型试样的扫描电镜照片
三、讨论
众所周知，合金的组织特征与合金成分、加工方式及热处理工艺密切相关。合金在锻造过程中，在主变形方向上晶粒被压扁，这些有明显方向性的晶粒形状在随后的热处理过程中不会发生变化。因合金中添加了Mn、Cr和Zr等微量元素，这些元素形成金属间化合物的小粒子，在固溶热处理过程中这些粒子阻止大角度晶界移动［1］，使再结晶过程难以形成，同时由于添加了这些元素后使晶粒细化，晶粒沿变形方向被拉长，特别是加Zr后，这种现象尤为显著。晶粒沿主变形方向拉的很长，几乎呈纤维状，这种明显的纤维状组织具有更高的抗应力腐蚀性能［2］。因此合金的综合性能得到提高。该合金的断口形貌为穿晶韧性断裂且微坑较大，这些微坑的大小和深度与材料基体的塑性变形特性有关。据报导，材料的断裂韧性值愈大，微坑也越大，而且微坑越大越深，合金的塑性也就越好，说明微坑的形核位置较少［3］。同时在断口观察中只在较大的微坑中发现有夹杂物，且夹杂物不大，这些夹杂物对合金的性能不会产生大的影响。
LC52铝合金的可锻造温度区间较窄，但塑性变形流动性较好，传递塑性变形能力也较高，总变形量可达95%，因此分布在晶界上的化合物容易破碎，只要锻造工艺制度合理，是可以获得较为理想的锻件。
四、结论
(1)LC52铝合金的始锻温度为460℃，终锻温度为300℃，在此温度区间锻造合金具有良好的工艺性能。
(2)采用一次镦拔大压下量锻造工艺，工艺简单，变形充分，消除了原始组织中的缺陷，将变形传到心部，化合物显著破碎，使锻件得到较高的力学性能。
参考文献
［1］洪永先，张君尧，王祝堂等编译.国外近代变形铝合金专集.北京：冶金工业出版社，1987.
［2］金相图谱编写组.变形铝合金金相图谱.北京：冶金工业出版社，1975.
［3］上海交通大学《金属断口分析》编写组.金属断口分析.北京：国防工业出版社，1979.(end)
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(4/1/2007) |
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