1. 研究目的与意义（文献综述）

2A14 铝合金是典型的Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－S i系合金，Al 中加入 Mg 和 Si 能形成强化相 β( Mg₂Si) ，它在 Al 中有较大的溶解度，并随温度下降而显著减小，因而合金具有明显的时效强化效应。经退火、淬火、时效等处理，可获得优良的综合性能。 2A14 铝合金因其强度高，锻造性、耐热性和可焊性良好，工作温度在 150～180℃，广泛应用于航空航天领域。由于现代航空、航天、交通、通信、电子等科学技术的发展，对复杂薄壁轻质化构件的需求已经越来越多，特别是在先进作战飞机进气道唇口、坦克发动机缸体、飞机尾翼、雷达系统的波导管等的需求更为突出。上述关键部件以前一直依赖进口，并且供应还常受到欧美发达国家对我国技术封锁的影响，国内相应的制备技术还比较落后，因此，大型航天薄壁铝铸件的制备成为影响我国国防现代化建设的瓶颈技术之一。而大型薄壁筒是航天运载工具中的常见结构，通常采用铝合金板通过焊接工艺制造，但是纵向焊缝的存在使得构件的切向性能显著降低，由于航天运载工具在高加速度工况下对结构性能的不一致性非常敏感，因此需要开发出整体成形的工艺，保证结构性能一致性。目前，对于大型筒形件，要想保证结构性能一致性一般采用铸造的方法。但是国内仅有少数 企业使用差压铸造工艺进行生产，多数厂家在生产这类筒体铸件时普遍使用湿型砂进行造型制芯，对制好的型芯要进行烘烤．有的企业用湿型砂造型，芯子用树脂砂制成。由于砂型铸造的混砂量大，劳动强度高，操作较复杂，对工人的操作技术水平和劳动态度要求高，生产中易产生冲砂、气孔、夹渣、缩松、壁厚不均等铸造缺陷。另外，烘干的型芯落砂清理非常困难。清理时极易损伤铸件表面。针对筒体类铸件的砂型差压铸造工艺存在的操作复杂、工艺不稳定、劳动强度大、生产效率低、产生缺陷几率大、废品率高等问题。然而，早在1797年就出现了类似于挤压的铅管制造方法的专利。1894年德国人迪克（G.A.Dick）首先得到了卧式挤压机的专利，用来挤压黄铜等有色金属。1905-1915年期间已经出现了2000吨的大型挤压机。目前，利用挤压的成型方法制成大型薄壁筒铝合金件正在发展，因此对合金的塑性要求较高。为此需要开发出合理的强化工艺，保证结构性能的一致性，在保证一定强度的条件下能使合金的伸长率达到较高的要求。

目前对2A14铝合金的研究多集中在热处理对力学性能的影响和形变热处理方面，而热处理工艺对2A14铝合金组织与性能的研究比较少，李俊等研究了不同双级固溶处理对2A14 铝合金力学性能及组织的影响。 结果表明：最佳双级固溶工艺为：470℃×2 h 510℃×1 h，采用该工艺并经160℃×8 h 时效后，合金的拉伸力学性能达到σ_b=508.4 MPa，σ_0.2=422.7 MPa，δ= 14.9%；经双级固溶后，Al₂Cu 相已基本完全溶解，未溶相主要为富含Fe、Si 的杂质相，其拉伸断口呈现出典型的韧窝型断裂；时效后合金中的主要强化相为S′相，且在 470℃×2 h 510℃×1 h 二级固溶并时效后的析出相较单级固溶的数量更多且细小均匀，因而获得了更高的析出强化效果。郜均虎等研究了热处理工艺对2A14 铝合金环锻件微观组织和力学性能的影响。结果表明，505 ℃固溶 1.5h 后，合金的强化相充分固溶，晶内残留相较少，晶界清晰完整；时效工艺对力学性能，尤其是伸长率的影响很大。当时效时间为6 h 时，随着时效温度的增加，伸长率迅速降低。当时效温度为165 ℃时，随时效时间的延长，伸长率也迅速降低。2A14 铝合金环锻件的较优工艺为：505℃×1.5 h 固溶 165℃×6 h 时效。董非等采用分级淬火实验方法，绘制了２Ａ１４铝合金时间－温度－转换率（ＴＴＴ）曲线，利用ＸＲＤ、ＴＥＭ、ＥＤＳ等观察分析了合金等温过程中的组织变化，结合Ａｖｒａｍｉ方程研究了等温过程中相变动力学。结果表明合金ＴＴＴ曲线鼻尖温度为３５０℃，淬火敏感区间为３００～４００℃。２Ａ１４铝合金过饱和固溶体在３５０℃等温处理时快速分解，第二相脱溶析出速率达到最高。鼻尖温度较大的过饱和度和较高的扩散速率是第二相快速析出和长大的主要原因。２Ａ１４铝合金淬火过程中，建议在淬火敏感区间（３００～４００_℃）提高冷却速率抑制第二相析出，在其他温度区间适当降低冷却速率，以获得较高的综合性能。我的目的是通过对合金的固溶时效处理实验得到具有稳定性能，特别是伸长率较好的最佳的热处理工艺，以应用于生产中。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、分析2a14铝合金热处理工艺的特点：2a14 铝合金是典型的Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－s i系合金，通过热处理工艺可获得优良的综合性能。其固溶处理是在防止过烧、晶粒粗化的前提下，尽可能提高，保证强化相能充分溶入基体。而时效强化效应则随温度、时间升高有塑性下降的特性，其强度是升高的。

2、分析热处理过程中相变的特点：常规固溶后合金组织中残留的粗大化合物相较多，合金发生了较大程度的再结晶，晶粒尺寸较大；而双级固溶后合金中未溶粗大相均比较少， 并未产生过烧现象，再结晶程度也较小。 这说明双级固溶后 2a14 铝合金基体的过饱和固溶程度较高，且晶粒未发生明显长大。合金进行双级固溶处理时，第一级低温保温处理发生的过程主要是回复过程。回复与再结晶都是由变形储能来驱动的，它们是一个竞争过程。 一旦发生再结晶，就不可能产生进一步回复，回复的程度又取决于再结晶发生的难易。 相反，由于回复消耗了变形储能，因而再结晶的驱动力降低。 因此第一级固溶温度较低，合金发生了较多回复，消耗了大部分的变形储能，从而降低了再结晶驱动力，第二级高温固溶时仅发生了部分再结晶。 而未经低温保温处理的合金在进行常规固溶时， 由于来不及释放变形储能诱使基体形核产生大量再结晶。2a14 合金的拉伸断口均以穿晶韧窝断裂与沿晶裂纹为主，经双级固溶时效后的韧窝比单级固溶时效后的多且深，其沿晶断裂分数减小，主要是由于粗大化合物相溶入基体，使基体中合金元素增加，在人工时效后析出相细小均匀弥散，阻碍了组织位错的运动；随时效温度的升高，合金晶内析出相的数量和形态都发生变化，较低温度下，受原子扩散速度影响，尽管析出的相变驱动力变大，但析出速度慢，较长时间内仍为稀疏细小的gp区，因而强度较低，塑性较高。提高时效温度，加快了gp区析出及其向过渡相转变的速度，沉淀物密度和尺寸相应增加，并与基体充分共格，在基体内产生大量的畸变区，从而对位错的阻碍作用不断增强。当时效温度增加至170℃时，原子扩散速度加快，过渡相开始向稳定相转变，并逐渐聚集长大，导致析出相尺寸较大而弥散度较小，晶格畸变程度变小。合金伸长率随时效温度升高而降低，主要因为:当温度低于170℃时，随时效温度升高析出相逐渐增多，并与基体半共格或不共格，当外力作用时，容易在这些粗大析出相尖端产生裂纹源，从而导致塑性降低。时效后晶内和晶界出现不均匀分布或尺寸极大的细小弥散析出物和未溶质点，是再结晶或者部分再结晶组织和纤维状组织组成，部分区域还带走锻造组织的方向性。随时效时间延长，组织变化不大，晶粒长大不明显，但晶界析出相开始聚集并逐渐长大粗化使其在合金中体积分数增加，从而导致塑性降低。而随时效的温度及时间增加，其强度是在不断增强的。

3. 研究计划与安排

第1－5周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，确定技术方案，并完成开题报告。

第6周：熟悉铝合金测试分析方法。

第7-11周：铝合金性能及微观测试实验。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 付 佳，晋会锦，吴素君，张嘉振. 热处理对2a14铝合金组织和性能的影响[j]. 材料热处理学报 2016 第1期p189-194 1009-6264

[2] 董非，易幼平，黄始全，张玉勋. 2a14铝合金ttt曲线及其淬火敏感性[j]. 材料导报 2017 第31卷 第10期 p77-81 1005-023x

[3] 郜均虎，王健，卢雅琳，李晓燕，胡建伟，苏阳. 热处理工艺对2a14铝合金组织和性能的影响[j]. 热加工工艺 2016 第45卷 第20期p232-235 1001-3814