LC52鋁合金是我國(guó)近年來(lái)新研制的裝甲用鋁合金材料，其性能優(yōu)良，是唯一列入國(guó)軍標(biāo)的中強(qiáng)可焊鋁合金。該合金經(jīng)軋制能獲得比較理想的板材，并已投入了實(shí)際應(yīng)用，然而該合金鍛件的應(yīng)用國(guó)內(nèi)還未見這方面的報(bào)道。本課題結(jié)合結(jié)構(gòu)件實(shí)際使用的場(chǎng)合及性能指標(biāo)的要求，進(jìn)行了該合金的鍛造性能試驗(yàn)研究，力圖通過(guò)鍛造再結(jié)合相應(yīng)的強(qiáng)化處理工藝，以達(dá)到改善合金微觀組織提高其綜合性能的目的。
一、試驗(yàn)用材料及試驗(yàn)方法
先根據(jù)LC52鋁合金的中限成分(表1)，按配料標(biāo)準(zhǔn)配好爐料，裝爐熔煉，純鋁鋪底半連續(xù)鑄錠。鑄出尺寸為φ170mm的合格鑄錠，然后進(jìn)行均勻化處理。均勻化處理溫度為460℃，時(shí)間為24h，出爐空冷。將均勻化處理后的鑄錠一部分扒皮加工成φ6mm的標(biāo)準(zhǔn)化試樣和φ20mm×30mm的壓縮變形抗力試樣，進(jìn)行高溫拉伸和高溫壓縮試驗(yàn)；另一部分扒皮后在750kg電動(dòng)空氣錘上進(jìn)行鍛造工藝試驗(yàn)，鍛后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)及金相組織與斷口分析。用μHP-10萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，用CAMBRIDGE S360掃描電鏡進(jìn)行鍛件拉斷斷口形貌分析，再用Neophot-Ⅱ型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察。
1.高溫塑性試驗(yàn)
LC52鋁合金高溫拉伸試驗(yàn)與高溫壓縮試驗(yàn)結(jié)果分別示如圖1和圖2。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨合金溫度升高，強(qiáng)度迅速下降，塑性明顯增加。溫度到250℃時(shí)，強(qiáng)度從室溫的288MPa下降到128MPa，延伸率從16%增加到25%；溫度升到460℃時(shí)，強(qiáng)度只有50MPa，延伸率達(dá)40%，說(shuō)明這時(shí)鑄錠具有良好的塑性和較小的變形抗力；當(dāng)溫度升到500℃時(shí)強(qiáng)度雖然繼續(xù)下降，而延伸率卻不再增加，反而有所下降。因此該合金的可鍛溫度區(qū)可確定為300℃～460℃。
2.鍛造工藝試驗(yàn)
根據(jù)高溫拉伸和高溫壓縮試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合鋁合金半連續(xù)鑄錠晶粒細(xì)小的特點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為，影響該合金強(qiáng)度與塑性的主要因素是鍛造變形量和鍛后熱處理工藝。因該合金的高溫塑性較好，為簡(jiǎn)化工序便于生產(chǎn)，決定采用一次鐓拔的大變形鍛造工藝，二火鍛成。第一火軸向壓縮，錘擊力要輕，每次變形量要小，總變形量要控制在60%左右；第二火軸向拔長(zhǎng)，這次的錘擊力在前火的基礎(chǔ)上可增大，軸向拔長(zhǎng)的總變形量為85%，然后繼續(xù)一次打扁方，此時(shí)可采用大壓下量鍛造，鍛造終了鍛件的總變形量可達(dá)95%。終鍛溫度為385℃，鍛坯鍛后在空氣中冷卻。鍛件的金相組織見圖3。
3.試驗(yàn)結(jié)果
為了消除鍛后應(yīng)力，提高合金機(jī)械性能須進(jìn)行鍛后處理。鍛后處理工藝為460℃×1h，室溫水淬；再120℃×24h人工時(shí)效。其鍛后拉力性能為：縱向σb：495～510MPa，σ：12%～16%；橫向σb：485～495MPa，δ：7.5%～10%。該性能達(dá)到LC52鋁合金裝甲板的國(guó)軍標(biāo)要求。
4.合金的金相組織與斷口分析
合金鍛件熱處理后的縱向組織見圖4，是由部分再結(jié)晶組織與變形的纖維狀組織組成，化合物被破碎并沿鍛造主變形方向排列，但不是十分明顯，這種組織上的方向性使合金性能上也呈現(xiàn)方向性，因此合金的橫向性能稍差于縱向性能。
眾所周知，合金的組織特征與合金成分、加工方式及熱處理工藝密切相關(guān)。合金在鍛造過(guò)程中，在主變形方向上晶粒被壓扁，這些有明顯方向性的晶粒形狀在隨后的熱處理過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變化。因合金中添加了Mn、Cr和Zr等微量元素，這些元素形成金屬間化合物的小粒子，在固溶熱處理過(guò)程中這些粒子阻止大角度晶界移動(dòng)［1］，使再結(jié)晶過(guò)程難以形成，同時(shí)由于添加了這些元素后使晶粒細(xì)化，晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)，特別是加Zr后，這種現(xiàn)象尤為顯著。晶粒沿主變形方向拉的很長(zhǎng)，幾乎呈纖維狀，這種明顯的纖維狀組織具有更高的抗應(yīng)力腐蝕性能［2］。因此合金的綜合性能得到提高。該合金的斷口形貌為穿晶韌性斷裂且微坑較大，這些微坑的大小和深度與材料基體的塑性變形特性有關(guān)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，材料的斷裂韌性值愈大，微坑也越大，而且微坑越大越深，合金的塑性也就越好，說(shuō)明微坑的形核位置較少［3］。同時(shí)在斷口觀察中只在較大的微坑中發(fā)現(xiàn)有夾雜物，且夾雜物不大，這些夾雜物對(duì)合金的性能不會(huì)產(chǎn)生大的影響。
LC52鋁合金的可鍛造溫度區(qū)間較窄，但塑性變形流動(dòng)性較好，傳遞塑性變形能力也較高，總變形量可達(dá)95%，因此分布在晶界上的化合物容易破碎，只要鍛造工藝制度合理，是可以獲得較為理想的鍛件。
摘要：研究了LC52鋁合金鍛件的鍛造工藝，確定了鍛造參數(shù)，制定了合理的工藝措施。通過(guò)鍛件組織及性能的測(cè)試表明，該工藝方案切實(shí)可行。
四、結(jié)論
(1)LC52鋁合金的始鍛溫度為460℃，終鍛溫度為300℃，在此溫度區(qū)間鍛造合金具有良好的工藝性能。
(2)采用一次鐓拔大壓下量鍛造工藝，工藝簡(jiǎn)單，變形充分，消除了原始組織中的缺陷，將變形傳到心部，化合物顯著破碎，使鍛件得到較高的力學(xué)性能。
一、試驗(yàn)用材料及試驗(yàn)方法
先根據(jù)LC52鋁合金的中限成分(表1)，按配料標(biāo)準(zhǔn)配好爐料，裝爐熔煉，純鋁鋪底半連續(xù)鑄錠。鑄出尺寸為φ170mm的合格鑄錠，然后進(jìn)行均勻化處理。均勻化處理溫度為460℃，時(shí)間為24h，出爐空冷。將均勻化處理后的鑄錠一部分扒皮加工成φ6mm的標(biāo)準(zhǔn)化試樣和φ20mm×30mm的壓縮變形抗力試樣，進(jìn)行高溫拉伸和高溫壓縮試驗(yàn)；另一部分扒皮后在750kg電動(dòng)空氣錘上進(jìn)行鍛造工藝試驗(yàn)，鍛后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)及金相組織與斷口分析。用μHP-10萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，用CAMBRIDGE S360掃描電鏡進(jìn)行鍛件拉斷斷口形貌分析，再用Neophot-Ⅱ型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察。
表1鑄錠化學(xué)成分（%)
1.高溫塑性試驗(yàn)
LC52鋁合金高溫拉伸試驗(yàn)與高溫壓縮試驗(yàn)結(jié)果分別示如圖1和圖2。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨合金溫度升高，強(qiáng)度迅速下降，塑性明顯增加。溫度到250℃時(shí)，強(qiáng)度從室溫的288MPa下降到128MPa，延伸率從16%增加到25%；溫度升到460℃時(shí)，強(qiáng)度只有50MPa，延伸率達(dá)40%，說(shuō)明這時(shí)鑄錠具有良好的塑性和較小的變形抗力；當(dāng)溫度升到500℃時(shí)強(qiáng)度雖然繼續(xù)下降，而延伸率卻不再增加，反而有所下降。因此該合金的可鍛溫度區(qū)可確定為300℃～460℃。
圖1鑄態(tài)LC52鋁合金的拉伸性能
圖2LC52鋁合金的塑性圖
2.鍛造工藝試驗(yàn)
根據(jù)高溫拉伸和高溫壓縮試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合鋁合金半連續(xù)鑄錠晶粒細(xì)小的特點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為，影響該合金強(qiáng)度與塑性的主要因素是鍛造變形量和鍛后熱處理工藝。因該合金的高溫塑性較好，為簡(jiǎn)化工序便于生產(chǎn)，決定采用一次鐓拔的大變形鍛造工藝，二火鍛成。第一火軸向壓縮，錘擊力要輕，每次變形量要小，總變形量要控制在60%左右；第二火軸向拔長(zhǎng)，這次的錘擊力在前火的基礎(chǔ)上可增大，軸向拔長(zhǎng)的總變形量為85%，然后繼續(xù)一次打扁方，此時(shí)可采用大壓下量鍛造，鍛造終了鍛件的總變形量可達(dá)95%。終鍛溫度為385℃，鍛坯鍛后在空氣中冷卻。鍛件的金相組織見圖3。
(a)橫向的金相組織(b)縱向的金相組織
圖3鍛件的金相組織(×200)
3.試驗(yàn)結(jié)果
為了消除鍛后應(yīng)力，提高合金機(jī)械性能須進(jìn)行鍛后處理。鍛后處理工藝為460℃×1h，室溫水淬；再120℃×24h人工時(shí)效。其鍛后拉力性能為：縱向σb：495～510MPa，σ：12%～16%；橫向σb：485～495MPa，δ：7.5%～10%。該性能達(dá)到LC52鋁合金裝甲板的國(guó)軍標(biāo)要求。
4.合金的金相組織與斷口分析
合金鍛件熱處理后的縱向組織見圖4，是由部分再結(jié)晶組織與變形的纖維狀組織組成，化合物被破碎并沿鍛造主變形方向排列，但不是十分明顯，這種組織上的方向性使合金性能上也呈現(xiàn)方向性，因此合金的橫向性能稍差于縱向性能。
圖4鍛件熱處理后的金相組織
圖5典型試樣的掃描電鏡照片
眾所周知，合金的組織特征與合金成分、加工方式及熱處理工藝密切相關(guān)。合金在鍛造過(guò)程中，在主變形方向上晶粒被壓扁，這些有明顯方向性的晶粒形狀在隨后的熱處理過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變化。因合金中添加了Mn、Cr和Zr等微量元素，這些元素形成金屬間化合物的小粒子，在固溶熱處理過(guò)程中這些粒子阻止大角度晶界移動(dòng)［1］，使再結(jié)晶過(guò)程難以形成，同時(shí)由于添加了這些元素后使晶粒細(xì)化，晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)，特別是加Zr后，這種現(xiàn)象尤為顯著。晶粒沿主變形方向拉的很長(zhǎng)，幾乎呈纖維狀，這種明顯的纖維狀組織具有更高的抗應(yīng)力腐蝕性能［2］。因此合金的綜合性能得到提高。該合金的斷口形貌為穿晶韌性斷裂且微坑較大，這些微坑的大小和深度與材料基體的塑性變形特性有關(guān)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，材料的斷裂韌性值愈大，微坑也越大，而且微坑越大越深，合金的塑性也就越好，說(shuō)明微坑的形核位置較少［3］。同時(shí)在斷口觀察中只在較大的微坑中發(fā)現(xiàn)有夾雜物，且夾雜物不大，這些夾雜物對(duì)合金的性能不會(huì)產(chǎn)生大的影響。
LC52鋁合金的可鍛造溫度區(qū)間較窄，但塑性變形流動(dòng)性較好，傳遞塑性變形能力也較高，總變形量可達(dá)95%，因此分布在晶界上的化合物容易破碎，只要鍛造工藝制度合理，是可以獲得較為理想的鍛件。
摘要：研究了LC52鋁合金鍛件的鍛造工藝，確定了鍛造參數(shù)，制定了合理的工藝措施。通過(guò)鍛件組織及性能的測(cè)試表明，該工藝方案切實(shí)可行。
四、結(jié)論
(1)LC52鋁合金的始鍛溫度為460℃，終鍛溫度為300℃，在此溫度區(qū)間鍛造合金具有良好的工藝性能。
(2)采用一次鐓拔大壓下量鍛造工藝，工藝簡(jiǎn)單，變形充分，消除了原始組織中的缺陷，將變形傳到心部，化合物顯著破碎，使鍛件得到較高的力學(xué)性能。
