铝合金的电解及含钪2024合金的热处理工艺优化

论文摘要

含钪铝合金是一种新型的铝合金,具有很高的强度以及较为明显的时效硬化效应,并且热稳定性较强,其中的钪是迄今为止所发现的对铝合金最为有效的合金化元素。本文针对钪合金化成本过高以及合金化工艺过于复杂等问题,研究了直接电解铝钪合金工艺,在实验室条件下,自行设计实验室用电解槽进行直接电解实验。并以2024合金为基础,添加0.4%Sc、0.2%Zr制备了含钪2024合金,对其热处理工艺进行了优化实验,研究了固溶时间、时效温度、时效时间、预时效时间、预时效温度对合金的微观组织和力学性能的影响：在电解实验中,发现竖直棒式阴极电解槽虽然结构简单,但电流效率仅为27%。通过一系列改进后,所开发的悬浮阴极盘装铝电解槽不管是纯铝电解还是含钪铝合金的电解,电流效率达到80%以上,为最合适的电解槽结构方式。在固溶优化处理时,选择2、4、6小时为对比选择温度,时效后发现样品的硬度在4H时达到最大,500℃,4H为最优固溶工艺。在时效优化处理时,对样品通过不同的温度（170℃、180℃、190℃、200℃）以及时间（8H、10H、12H、14H、16H、18H、2OH）处理,找出其峰值硬度时的温度为190℃,时间为18H,确定其最优时效工艺为190℃,18H。在预时效工艺优化时,同样对样品选取不同温度（110℃、130℃、140℃）以及时间（2H、4H、6H、8H）进行处理,结果显示样品在130℃,6H时,硬度达到了峰值,确定130℃×6H+190℃×18H为最优时效工艺。经过以上优化工艺处理,得出最佳的含钪2024合金热处理工艺为500℃×4H+130℃×6H+190℃×18H,此种状态下合金的硬度达到了151HV,超过了美国产2024合金处理后的硬度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 我国铝合金工业的基本现状及存在问题
• 1.1.1 铝工业是我国的支柱产业
• 1.1.2 我国铝工业发展中存在的问题
• 1.2 2024合金的研究现状
• 1.2.1 2024合金的成分及应用
• 1.2.2 2024合金的热处理工艺
• 1.3 含钪铝合金的研究近况
• 1.3.1 钪的基本性质
• 1.3.2 钪对铝合金组织性能影响
• 1.4 直接电解中间合金的工艺研究
• 1.4.1 现代化铝电解工艺
• 1.4.2 直接电解铝钪中间合金
• 1.5 课题的研究思路以及技术路线
• 1.5.1 课题的研究思路
• 1.5.2 本课题的技术路线
• 2 含钪铝合金电解工艺
• 2.1 电解生产低钪铝基合金的理论可行性
• 2.1.1 影响氧化钪熔盐体系中溶解度的主要因素
• 2.1.2 电解生产低钪铝基合金的热力学研究
• 2.1.3 氧化钪的加入对整个熔盐体系部分的参数影响
• 2.2 电解铝钪合金工艺研究
• 2.2.1 实验室用小型电解槽
• 2.2.2 电解质成分及其分子比测试
• 2.2.3 电解质分子比曲线的标定
• 2.3 电解结果以及微观组织分析
• 2.3.1 电解实验及其结果
• 2.3.2 电解铝钪合金微观组织分析
• 2.4 本章小结
• 3 含钪2024合金的热处理工艺优化
• 3.1 引言
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 材料制备
• 3.2.2 力学性能测试
• 3.3 含钪2024合金的常规热处理比较
• 3.4 固溶处理优化
• 3.4.1 固溶处理优化
• 3.4.2 固溶优化处理后组织性能分析
• 3.5 终时效处理优化
• 3.5.1 终时效优化处理
• 3.5.2 处理结果微观组织分析
• 3.5.3 硬度测试结果
• 3.6 预时效处理工艺优化
• 3.6.1 预时效优化工艺
• 3.6.2 微观组织分析
• 3.6.3 硬度测试结果
• 3.7 双级时效与单级时效的对比分析
• 3.8 含钪2024合金优化后的强度和弹性模量
• 3.9 本章小结
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果