凝固条件和热处理对耐热铝铜合金组织和性能的影响【字数：10547】
摘 要耐热铝合金具备较高的强度—重量比，是一种优质的结构材料，在中等温度下性能良好，已被广泛应用于各类飞行器、工程设备和汽车零部件中。由于航天技术研发的飞行器对材料的要求较高，汽车技术的发展有所进步，需要研发出具有优良性能的耐热铝合金。本文研究耐热铝合金中含有Ti和Cr元素对其组织和性能有影响， 为了研究这两种元素在不同含量下对该合金的影响有多大，分别制备了质量分数为0.1Ti、0.3Cr的耐热铝合金，并通过均匀化热处理、固溶处理等热处理方式改善组织。运用OM、SEM、硬度测试仪器等方法获得合金的组织及性能数据，主要结论如下（1）对不同Ti、Cr 元素含量对耐热铝铜合金微观组织和性能的影响进行研究，可以发现合金随着Cr和Ti含量增加，合金的组织更为细小，铝铜合金组织更为明显，枝晶组织更为粗大。（2）铸态组织在熔炼时转变成固体后的组织分布不规则，第二相组织经过固溶处理后，合金的晶界处的部分第二相溶解，出现不连续的网状第二相，与经过均匀化热处理的合金第二相相对比，铸态组织含量明显减小。（3）在合金成分不变的情况下，固溶处理会使合金硬度增加，均匀化热处理也会使合金硬度增加，而且，固溶处理过后的硬度大于均匀化热处理过后的硬度。
目录
1. 绪论 1
1.1 耐热铝铜合金简介 1
1.2 铝铜合金的热处理工艺 3
1.3 AlCu合金中合金化元素的作用 4
1.4 凝固条件对合金和组织和性能的影响 5
1.5 本论文主要研究的内容和意义 7
2. 实验部分 8
2.1 实验仪器及设备 8
2.1.1 箱式电阻炉 8
2.1.2 打磨机、抛光机 8
2.1.3 维氏硬度计 9
2.1.4 扫描电子显微镜 9
2.2 实验过程简介 10
2.2.1 试样的热处理 10
2.2.2 制备及观察金相 10
2.2.3 测量维氏硬度 11
3. 实验结果与讨论 13
3.1 合金成分对原始组织的影响 13
3.2 热处理方式对合金组织的影响 14
3.2.1 均匀化热处理对合金组织的影响 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.2.2 固溶处理对合金组织的影响 17
3.3 组织观察与SEM分析测试 20
3.4 显微硬度测试 23
3.4.1维氏硬度计测试 23
4. 结论 26
参考文献 27
致谢 29
绪论
1.1 耐热铝铜合金简介
通过报纸、新闻等途径，我们经常可以关注到类似能源缺乏、环境恶化等问题，目前这些问题已经日益严峻，成为当前最热门的话题，人们也开始慢慢改变旧观念，开始对能源、环境等问题引起关注，继而开展节约资源、一起保护环境的活动。通过查阅资料，我国作为一个人口大国，对能源的需求较大，因此能源、资源的消耗很大，因此节约动力、节省资源以及保爱护环境成为当务之急。
材料轻量化是节约和节升能源、优化环境现状的一个方式，也是从根本上解决这些环境问题的关键，从更换材料的角度去考虑节约资源，可以从根本上解决资源消耗过大的问题。因此材料轻量是使人类生命进程得以延续的前提[1]。本文的实验是以铝合金为基材，轻量化结构材料有许多，铝合金就是其中一种，具有高强度，抵抗变形能力强，方便制作，单位体积下的质量低，传导电流的性能好及传导热量性能良好等优点，适用于不同的范围，尤其是在机械制造业、飞行器、特种设备等领域得到范围较大的应用，铝合金的应用也逐渐进入大家的视野，应用于车辆的配件、精密铝合金铸件等方面。最新的调查报告显示出，铝合金在我国的使用量仅仅次于钢的使用量[2]，由此可见，铝合金的使用也开始广泛化和平民化。
铸造铝铜合金材料，是一种具有金属性质的固体产物，发动机作可以把其他形式的能量转变为机械能，这要求材料标准很高，而铸造铝铜合金的性能正好满足这一要求，不光是发动机，包括飞行器和其他机械设备同样使用这一类材料。这种材料具有良好的物理性能和化学性能，同时，它的单位体积的质量较低且抵抗周围介质腐蚀破坏作用的论能力好，得到广大学者及制造业领域的青睐[3]。这种耐热铝合金在高温条件下对氧化作用的抵抗能力较高，在构件所承受的外力一定不随时间变化的情况下，耐热铝合金具有良好的抗塑变形和抗拉变形，在工业和民用领域与其他材料竞争时优势显著；在构件所承受的外力随时间变化的情况下，耐热铝合金也同样具有良好的性能。因为有这些优点，使其在对温度和性能要求研究高的设备上应用广泛，例如汽车发动机外壳、弹药的壳体等[45]。
西方的一种材料为RR350应用在军用飞机发动机上，具有较好的耐热性能，与我国独创性研究的的AlCuNi耐热铝合金大致相像，同属于耐热铸造铝合金，这款材料中具有Ni元素，这种元素是一种提高耐热性的元素。和ZL206和ZL207不同的是，这两种材料是依靠在材料中加入稀土元素来进一步提高耐性性能的[6]。这一求相对较高，铸造时一般将也太合金在低压力作用下从下而上压入型腔，且在压力作用下凝固[78]
通过对铸件在经过加热、保温和冷却的方法下获得组织和具有的特质的研究，该合金的总体特质得到提高，使其在现实生活中的得到大量的生产，论文得到的结论和总结具有非常大的参考价值。
铝铜合金是最早被投入使用的铸铝合金，主要包括铝铜二元合金，铝铜镁三元合金、铝铜锰三元合金和铝铜镁铁镍五元等，它们都可以用热处理的方式来使其得到强化；铝铜合金的抵抗热变形的性能优良、抵抗断裂和局部抵抗能力高[911]。
不管是何种类的合金，都具有强度高的特点，因此有了硬铝合金的名称，虽然这种合金的耐热性良好且便于加工，但是其耐腐蚀的性能不如其他材料，这种材料在某种条件下会发生沿着金属晶粒边界发生的选择性腐蚀的情况，因此材料外部通常需要用一层铝合金元素含量较高的合金包装，这种合金能够提高抵抗周围介质的破坏的能力，从而进一步提高硬铝合金的耐腐蚀性能。铝铜镁铁镍五元合金有极为复杂的化学组成，在常温条件下抵抗断裂的能力较高，而且满足实际生产要求，主要用于制造需要在温度150250℃以下工作保持优良的物理性能的零件；在同等温度条件下铝铜锰三元合金的强度低于铝铜镁三元合金、2A12和2A14，但在更高温度下，强度高于两者[11]。并且合金能够满足实际的生产要求，且在高温下接合金属或其他材料的能力较强，主要应用于具有优良的物理机械性能和便于焊接的支架或框架及锻件[12]。
该合金广泛应用于管材、线材等其他场合，有建筑构件、发动机外壳、焊接才来哦、汽车零部件、活塞等。
目录
1. 绪论 1
1.1 耐热铝铜合金简介 1
1.2 铝铜合金的热处理工艺 3
1.3 AlCu合金中合金化元素的作用 4
1.4 凝固条件对合金和组织和性能的影响 5
1.5 本论文主要研究的内容和意义 7
2. 实验部分 8
2.1 实验仪器及设备 8
2.1.1 箱式电阻炉 8
2.1.2 打磨机、抛光机 8
2.1.3 维氏硬度计 9
2.1.4 扫描电子显微镜 9
2.2 实验过程简介 10
2.2.1 试样的热处理 10
2.2.2 制备及观察金相 10
2.2.3 测量维氏硬度 11
3. 实验结果与讨论 13
3.1 合金成分对原始组织的影响 13
3.2 热处理方式对合金组织的影响 14
3.2.1 均匀化热处理对合金组织的影响 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.2.2 固溶处理对合金组织的影响 17
3.3 组织观察与SEM分析测试 20
3.4 显微硬度测试 23
3.4.1维氏硬度计测试 23
4. 结论 26
参考文献 27
致谢 29
绪论
1.1 耐热铝铜合金简介
通过报纸、新闻等途径，我们经常可以关注到类似能源缺乏、环境恶化等问题，目前这些问题已经日益严峻，成为当前最热门的话题，人们也开始慢慢改变旧观念，开始对能源、环境等问题引起关注，继而开展节约资源、一起保护环境的活动。通过查阅资料，我国作为一个人口大国，对能源的需求较大，因此能源、资源的消耗很大，因此节约动力、节省资源以及保爱护环境成为当务之急。
材料轻量化是节约和节升能源、优化环境现状的一个方式，也是从根本上解决这些环境问题的关键，从更换材料的角度去考虑节约资源，可以从根本上解决资源消耗过大的问题。因此材料轻量是使人类生命进程得以延续的前提[1]。本文的实验是以铝合金为基材，轻量化结构材料有许多，铝合金就是其中一种，具有高强度，抵抗变形能力强，方便制作，单位体积下的质量低，传导电流的性能好及传导热量性能良好等优点，适用于不同的范围，尤其是在机械制造业、飞行器、特种设备等领域得到范围较大的应用，铝合金的应用也逐渐进入大家的视野，应用于车辆的配件、精密铝合金铸件等方面。最新的调查报告显示出，铝合金在我国的使用量仅仅次于钢的使用量[2]，由此可见，铝合金的使用也开始广泛化和平民化。
铸造铝铜合金材料，是一种具有金属性质的固体产物，发动机作可以把其他形式的能量转变为机械能，这要求材料标准很高，而铸造铝铜合金的性能正好满足这一要求，不光是发动机，包括飞行器和其他机械设备同样使用这一类材料。这种材料具有良好的物理性能和化学性能，同时，它的单位体积的质量较低且抵抗周围介质腐蚀破坏作用的论能力好，得到广大学者及制造业领域的青睐[3]。这种耐热铝合金在高温条件下对氧化作用的抵抗能力较高，在构件所承受的外力一定不随时间变化的情况下，耐热铝合金具有良好的抗塑变形和抗拉变形，在工业和民用领域与其他材料竞争时优势显著；在构件所承受的外力随时间变化的情况下，耐热铝合金也同样具有良好的性能。因为有这些优点，使其在对温度和性能要求研究高的设备上应用广泛，例如汽车发动机外壳、弹药的壳体等[45]。
西方的一种材料为RR350应用在军用飞机发动机上，具有较好的耐热性能，与我国独创性研究的的AlCuNi耐热铝合金大致相像，同属于耐热铸造铝合金，这款材料中具有Ni元素，这种元素是一种提高耐热性的元素。和ZL206和ZL207不同的是，这两种材料是依靠在材料中加入稀土元素来进一步提高耐性性能的[6]。这一求相对较高，铸造时一般将也太合金在低压力作用下从下而上压入型腔，且在压力作用下凝固[78]
通过对铸件在经过加热、保温和冷却的方法下获得组织和具有的特质的研究，该合金的总体特质得到提高，使其在现实生活中的得到大量的生产，论文得到的结论和总结具有非常大的参考价值。
铝铜合金是最早被投入使用的铸铝合金，主要包括铝铜二元合金，铝铜镁三元合金、铝铜锰三元合金和铝铜镁铁镍五元等，它们都可以用热处理的方式来使其得到强化；铝铜合金的抵抗热变形的性能优良、抵抗断裂和局部抵抗能力高[911]。
不管是何种类的合金，都具有强度高的特点，因此有了硬铝合金的名称，虽然这种合金的耐热性良好且便于加工，但是其耐腐蚀的性能不如其他材料，这种材料在某种条件下会发生沿着金属晶粒边界发生的选择性腐蚀的情况，因此材料外部通常需要用一层铝合金元素含量较高的合金包装，这种合金能够提高抵抗周围介质的破坏的能力，从而进一步提高硬铝合金的耐腐蚀性能。铝铜镁铁镍五元合金有极为复杂的化学组成，在常温条件下抵抗断裂的能力较高，而且满足实际生产要求，主要用于制造需要在温度150250℃以下工作保持优良的物理性能的零件；在同等温度条件下铝铜锰三元合金的强度低于铝铜镁三元合金、2A12和2A14，但在更高温度下，强度高于两者[11]。并且合金能够满足实际的生产要求，且在高温下接合金属或其他材料的能力较强，主要应用于具有优良的物理机械性能和便于焊接的支架或框架及锻件[12]。
该合金广泛应用于管材、线材等其他场合，有建筑构件、发动机外壳、焊接才来哦、汽车零部件、活塞等。
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