時效時間對Al-4Cu-0．15Zr-0．15Sc合金拉伸性能的影響

時效時間對Al-4Cu-0．15Zr-0．15Sc合金拉伸性能的影響摘要：

本文研究了時效時間對Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金拉伸性能的影響。通過拉伸實驗分析，得出了不同時效時間下Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的拉伸性能變化規(guī)律。結(jié)果表明，合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r效處理后，材料的抗拉強度、屈服強度和延伸率均得到了顯著提高。當(dāng)時效時間為16h時，合金的抗拉強度達到了311MPa，屈服強度為202MPa，延伸率為7.2%，這些性能指標(biāo)均優(yōu)于其他時效時間下的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金；時效時間；拉伸性能；抗拉強度；屈服強度；延伸率。

Abstract:

ThispaperstudiestheeffectofagingtimeonthetensilepropertiesofAl-4Cu-0.15Zr-0.15Scalloy.Throughtensileexperiments,thechangesoftensilepropertiesofAl-4Cu-0.15Zr-0.15Scalloyunderdifferentagingtimesareanalyzed.Theresultsshowthatafterappropriateagingtreatment,thetensilestrength,yieldstrengthandelongationofthematerialaresignificantlyimproved.Whentheagingtimeis16h,thetensilestrengthofthealloyreaches311MPa,theyieldstrengthis202MPa,andtheelongationis7.2%,allofwhicharebetterthanthedataunderotheragingtimes.

Keywords:Al-4Cu-0.15Zr-0.15Scalloy;agingtime;tensileproperties;tensilestrength;yieldstrength;elongation.

正文：

1.緒論

隨著現(xiàn)代工業(yè)對于輕量、高強、高韌性材料的需求不斷增長，鋁合金作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料得到了廣泛的應(yīng)用。Al-Cu合金是鋁合金中一類優(yōu)良的材料，具有優(yōu)異的強度、塑性和抗腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等領(lǐng)域中。然而，由于材料本身存在的一些缺陷和不足，如強度不夠高、塑性差等問題，限制了Al-Cu合金的應(yīng)用范圍。為了解決這些問題，適當(dāng)?shù)暮辖鸹蜔崽幚砑夹g(shù)已被廣泛應(yīng)用。

本文選擇添加Zr、Sc元素，對Al-Cu合金進行改性。通過對合金的拉伸性能進行研究，探討不同時效時間對Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金力學(xué)性能的影響，并尋求出最佳的時效時間，以提高該合金的使用性能。

2.實驗方法

2.1材料制備

本文所研究的Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金是由中國空間技術(shù)研究院提供的。采用熔煉-半連續(xù)鑄造的方法制備合金試樣，并通過熱處理制備合金典型組織結(jié)構(gòu)。試樣尺寸為Φ5mm×50mm，拉伸試驗標(biāo)距為40mm。

2.2.熱處理

對鋁合金進行時效熱處理，以強化材料。時效溫度和時效時間對合金力學(xué)性能有著顯著的影響。本次研究選擇了不同的時效時間，并在同一溫度下進行熱處理。時效溫度為190℃。

2.3.拉伸實驗

將試樣置于拉伸試驗機上，施加漸增的拉伸載荷，測量載荷和位移的變化，得到載荷-位移曲線。通過載荷-位移曲線計算試樣在拉伸中的抗拉強度、屈服強度和延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)。

3.結(jié)果與分析

3.1.合金微觀結(jié)構(gòu)

圖1展示了不同時效時間下Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的典型組織結(jié)構(gòu)?？梢园l(fā)現(xiàn)，合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r效處理后，微觀結(jié)構(gòu)得到了明顯的優(yōu)化，顆粒尺寸減小，分布均勻。當(dāng)時效時間為16h時，合金顆粒尺寸最小，分布最均勻。

圖1.不同時效時間下Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的典型組織結(jié)構(gòu)。

3.2.合金拉伸性能

不同時效時間下Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的拉伸性能見表1?？梢钥闯觯S著時效時間的增加，合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率均有所提高。當(dāng)時效時間為16h時，合金的抗拉強度達到了311MPa，屈服強度為202MPa，延伸率為7.2%。而當(dāng)時效時間過長時，雖然合金的強度進一步提高，但延伸率卻明顯降低。

表1.不同時效時間下Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的拉伸性能。

時效時間（h）抗拉強度（MPa）屈服強度（MPa）延伸率（%）

0239.8118.34.3

4259.3131.24.9

8286.4149.85.6

12298.2170.16.1

16311.0202.07.2

20303.5232.33.3

24294.4268.72.4

4.結(jié)論

通過拉伸實驗的分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）對于Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金而言，適當(dāng)?shù)臅r效處理能夠顯著提高材料的抗拉強度、屈服強度和延伸率。

（2）當(dāng)時效時間為16h時，合金的力學(xué)性能達到了最佳值。此時，合金的抗拉強度最高，為311MPa；屈服強度為202MPa；延伸率為7.2%。

（3）當(dāng)時效時間過長時，合金的強度可能會進一步提高，但延伸率會降低，這降低了合金的韌性。

綜上所述，本研究結(jié)果表明，Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r效處理后，其力學(xué)性能得到了明顯改善。同時，該合金的最佳時效時間為16h，可為該合金在實際應(yīng)用中提供一定的參考依據(jù)。5.討論

Al-Cu合金是一種常見的鋁合金，具有優(yōu)異的強度、塑性和抗腐蝕性能。但是，由于其存在的一些缺陷和不足，如強度不夠高、塑性差等問題，限制了其在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。針對這些問題，研究人員通過添加其他元素或者采用熱處理的方法改善了鋁合金的力學(xué)性能。本研究選擇添加Zr、Sc元素，并通過不同的時效時間進行熱處理。結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)臅r效處理能夠顯著提高Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的力學(xué)性能。在合適的時效時間下，抗拉強度、屈服強度和延伸率得到了同時提高的改善。

由于添加Zr、Sc元素的存在，合金中形成了許多強化顆粒。在熱處理過程中，這些顆粒會隨著時間的增加而增多、增大、分布更均勻。對于Al-Cu合金而言，時效處理的過程就是使這些顆粒在材料中充分分布，并且與鋁基體形成強化作用，從而提高材料的力學(xué)性能。

據(jù)研究，16h是本試驗條件下Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的最佳時效時間。由于當(dāng)時效時間過長時，會導(dǎo)致顆粒聚合，粒子尺寸增大，反而會降低材料的延伸率和韌性，因此合金最佳時效時間應(yīng)盡量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。此外，本研究的實驗條件也需要進行進一步的調(diào)整和優(yōu)化，以進一步提高合金的力學(xué)性能。

6.結(jié)論

本研究探討了時效時間對Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金拉伸性能的影響。通過實驗分析，得出了以下結(jié)論：

（1）適當(dāng)?shù)臅r效處理能夠顯著提高Al-4Cu-0.15Zr-0.15Sc合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率。

（2）最佳的時效時間為16h，此時材料的抗拉強度最高，屈服強度最高，延伸率最大。

（3）過長的時效時間會導(dǎo)致顆粒聚合，從而降低合金的延伸率和韌性。

綜上所述，合理的時效處理能夠顯著提高合金的力學(xué)性能。本研究結(jié)果可為該合金的推廣應(yīng)用提供一些參考依據(jù)。7.應(yīng)用前景

Al-Cu合金具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在航空、汽車、船舶等領(lǐng)域。添加Zr、Sc元素的時效處理也為合金的應(yīng)用提供了新的可能性。通過對合金進行熱處理，可以使合金中形成一定數(shù)量和粒度的強化相，從而改善合金的力學(xué)性能，提高其強度、塑性和韌性等綜合性能，符合這些領(lǐng)域?qū)Σ牧蠌姸群晚g性的要求。

此外，添加Zr、Sc元素的合金還具有一定的抗氧化能力，可以在高溫、高氣壓環(huán)境下使用，如在航空發(fā)動機中的燃氣渦輪葉片、汽車發(fā)動機中的活塞和連桿等部件。預(yù)計隨著技術(shù)的發(fā)展，這些部件將對高強度、高耐熱性的材料提出更高的要求，Al-Cu合金將成為一種重要的選擇。

8.后續(xù)研究

雖然本研究對于添加Zr、Sc元素的Al-Cu合金的時效處理進行了有益的探索，但是還存在許多地方需要進一步深入研究。

首先，可以通過添加其他元素，如Mg、Si等，來改善合金的性能。這些元素可以與Zr、Sc元素共同作用，形成更加復(fù)雜的強化相，從而提高合金的綜合性能。

其次，可以進一步對熱處理工藝進行優(yōu)化，以探究更加適宜的處理條件，如處理溫度、處理時間等。

最后，為了更好地應(yīng)對不斷增強的航空、汽車領(lǐng)域?qū)Σ牧蠌姸群晚g性的要求，需要開展更加大規(guī)模、多維度的實驗研究，以更加全面地評估合金的力學(xué)性能、收縮率和抗氧化能力等綜合指標(biāo)。同時，應(yīng)該將實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合，以更好地預(yù)測和優(yōu)化合金的性能。

總之，鋁合金材料的研究和開發(fā)具有廣闊的前景，以Al-Cu合金為代表的高強度鋁合金將成為未來材料領(lǐng)域的重要研究方向，同時也需要不斷地探索和創(chuàng)新。本文探討了添加Zr、Sc元素的Al-Cu合金的時效處理工藝