2024铝合金变形及热处理过程中组织演变及性能研究

发布时间：2017-06-24 20:24

  本文关键词：2024铝合金变形及热处理过程中组织演变及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以2024铝合金大型薄壁滚动轴承滚道强化工艺需求为应用背景，采用形变工艺与热处理相结合的方法，设计了12种形变热处理工艺，采用电子背散射衍射、透射电镜、维式硬度、摩擦磨损、圆环开口法等多种手段系统研究了2024铝合金组织演化与性能之间的相关关系，并筛选出了最佳的形变热处理工艺。 研究了不同形变量对2024铝合金组织和性能的影响。随着表面形变强化处理的形变量的增加，原始挤压成型棒材表面晶粒细化，经历了由挤压方向长轴亚晶粒到等轴亚晶粒，再到滚压方向长轴亚晶粒的转变。织构由挤压成型产生的111纤维织构，演变为110纤维织构。位错密度增加，产生大量滑移带。表面硬化层深度随形变量增加略有减小，其中以单边形变量0.8mm的工艺最佳，表面硬度最高达到91MPa，提高了34%。四种形变量下的硬化层深度均可达到2.5mm左右。 研究了形变对2024铝合金时效行为的影响。采用形变+固溶+时效（R+T6）、固溶+时效+形变（T6+R）、固溶+形变+时效（Q+R+A）三种不同形变热处理工艺。发现形变可以促进2024铝合金的中间相S′在低温的析出。形变产生的高密度位错为S′的析出提供形核场所，使得S′相细小弥散，数量增加，强化效果显著。其中以Q+R+A工艺强化效果最优，表面硬化层深度1.5mm内的硬度值均达到108MPa，比未进行形变处理时提高20%。形变热处理工艺能够使2024铝合金棒材的摩擦系数减小，磨损率降低，耐磨性提高。其中以Q+R+A工艺对耐磨性的提高幅度最大，磨损率最低，在200g载荷下，摩擦系数为0.378。 2024铝合金径向的圆环开口测试表明，表面形变处理会引入大量宏观残余应力，降低材料的尺寸稳定性，经过T6处理后合金尺寸稳定性有所提高，再进行冷热循环处理，合金尺寸稳定性能进一步提高。其中尺寸稳定性能较优的工艺为Q+R+A+TCC工艺。 根据本文的研究结果，，表面强化效果最佳的形变热处理工艺为Q+R+A+TCC工艺。
【关键词】：2024铝合金棒材 表面形变强化 形变热处理 尺寸稳定性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG166.3;TG379
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景9
• 1.2 2024 铝合金简介9-13
• 1.2.1 2024 铝合金的化学成分和主要性能9-11
• 1.2.2 铝合金的织构11-13
• 1.3 表面形变强化技术13-15
• 1.3.1 表面形变强化技术的定义及强化原理13-14
• 1.3.2 表面形变强化技术的分类14-15
• 1.4 形变热处理工艺15-19
• 1.4.1 中间形变热处理16-17
• 1.4.2 最终形变热处理17-19
• 1.5 尺寸稳定化处理19-20
• 1.5.1 尺寸稳定性的定义及分类19
• 1.5.2 铝合金尺寸稳定化工艺19-20
• 1.6 本文的研究目的与主要研究内容20-21
• 第2章 材料及试验方法21-27
• 2.1 试验用材料21
• 2.2 形变热处理工艺规程21-24
• 2.3 试验方法24-27
• 2.3.1 显微组织观察24
• 2.3.2 电子背散射衍射分析24
• 2.3.3 差示扫描量热法测试24-25
• 2.3.4 维式硬度测试25
• 2.3.5 圆环开口尺寸测试25-27
• 第3章 形变对 2024 铝合金组织与性能的影响27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 形变量不同对 2024 铝合金微观组织的影响27-36
• 3.2.1 形变量不同对晶粒取向的影响27-29
• 3.2.2 形变量不同对微观织构的影响29-32
• 3.2.3 变形过程中的微观组织演变32-36
• 3.3 形变量不同对 2024 铝合金硬度的影响36-38
• 3.3.1 形变量不同对表面硬化层深度的影响36-37
• 3.3.2 形变量不同对硬度的影响37-38
• 3.4 形变对 2024 铝合金尺寸稳定性的影响38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 形变对 2024 铝合金时效行为的影响41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 形变对 2024 铝合金时效过程中微观组织的影响41-47
• 4.2.1 形变对 2024 铝合金时效析出序列的影响41-42
• 4.2.2 原始棒材 T6 处理后的微观组织42-43
• 4.2.3 形变热处理工艺对 2024 铝合金微观组织的影响43-47
• 4.3 形变对 2024 铝合金时效过程中性能的影响47-50
• 4.3.1 形变热处理工艺对 2024 铝合金硬度的影响47-48
• 4.3.2 形变热处理工艺对 2024 铝合金摩擦磨损性能的影响48-50
• 4.4 形变热处理工艺对 2024 铝合金尺寸稳定性的影响50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 冷热循环对 2024 铝合金组织与性能的影响53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 冷热循环工艺的确定53-54
• 5.3 冷热循环对微观组织的影响54-60
• 5.4 冷热循环对硬度的影响60-61
• 5.5 冷热循环对尺寸稳定性的影响61-62
• 5.6 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69

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