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ZL205A合金的热处理工艺的研讨

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2024年9月7日发(作者:屠雅寒)

第3O卷第6期 

2014年3月 

甘肃科技 

Gansu Science and Technology 

f.30ⅣD.6 

Mar. 2014 

ZL205 A合金的热处理工艺的研讨 

武晓枫 

(长风信息集团,甘肃兰州730070) 

摘要:对ZL205A合金的 处理进行了实验,研究了ZL205A合金铸件的T5后力学性能与原材料及淬火工艺的关 

系,发现在原材料含量确定的情况下,淬火温度和时效温度的选取及淬火水温对热处理后的力学性能有很大影响。 

所以,确定的ZL205A合金的 处理工艺为530—535℃、538—542℃分段保温1h和13h加热,淬入55 的热水中, 

然后进行150℃保温8h的时效处理,其力学性能达到最佳。 

关键词:ZL205合金;淬火;时效;力学性能 

中图分类号:TG113 ・ 

随着我国航空航天技术的不断发展,越来越多 

温至540—545 ̄C保温12h后,迅速淬人40 ̄C的热水 

中。然后进行在150 ̄C,保温8h的时效处理。经检 

测其力学性能见表l。 

表1力学性能 

的高强度铸造铝合金被用于制造承受较大载荷的航 

空、航天的机械构件,20世纪以来,铝铜系铸造合 

金,因其具有良好的室温性能和耐高温性能而得到 

了广泛应用。ZL205合金是一种新型的高纯度高强 

度的铸造铝铜合金,作为一种新型材料,它是目前世 

界上使用强度最高的铸铝合金,因其具有良好的塑 

性、韧性和抗蚀性能,容易焊接,切削加工性能特别 

好,而被越来越多地应用到航空航天零件中。虽然 

它具有良好的力学性能,由于其合金含量复杂,又具 

有较宽的结晶温度范围,在实际生产中应用还是有 

从表1中看出,ZL205A铸件经热处理后,其抗 

拉强度和硬度基本达到了国标,符合要求,但伸长率 

未达到要求,铸件为不合格。 

定的困难。通过对热处理工艺的探讨,总结出 

ZL205A合金的热处理(T5)工艺。 

2查找不合格的原因 

2.1原材料的影响 

1热处理工艺试验 

1.1试验原材料 

ZL205A合金成分复杂,在铸态下的组织为: 

固溶体、e(Al2Cu)相、T(A1l2Mn2Cu)相、TiA13相、Cd 

相、ZrAI3相、VAI7相、TiB2相,在固溶处理时,0相和 

ZL205A合金是一种高纯度的铸造合金,合金成 

分要符合GB1173—1995。 

其中Cu4.6%一5.3%、MnO.3%~0.5%、Ti 

0.15%一0.35%、Cd0.15%~0.25%、VO.05%一 

cd相溶人0【固溶体中,而二次T腥呈弥散小质点析 

出,其余相不参与相变,在200倍下的显微组织特 

0.3%、Zr0.05%一0.2%、B0.005%一0.06%,其余 

是铝。 

征:Ot固溶体、初生T(A1 Mn Cu)相呈黑色枝权状, 

二次T(Al 2Mn2Cu)相呈黑色点状,O(Al2Cu)相溶懈 

完全,如 

1.2热处理要求 

ZL205A铸件的热处理要求为T5处理,铸件经 

T5处理后,其力学性能符合GBI 173—1995,抗拉强 

度orb 440(MPa)、伸长率7%(85)。 

1.3工艺试验方法 

采用设备的为井式气体循环铝合金淬火炉。首 

次淬火、时效工艺为: 

随炉升温至530~535 ̄C,保温1h,随后继续升 

图1 ZI..205A合金显微组织 

72 甘肃科技 第30卷 

状态:砂型铸造,未热处理组织特点: 固溶 

图3是时效时问对ZL205A合金orb和85的影 

响。 

体,共晶:0(AI2Cu)+ +cd相,呈黑色,ZrAI3相呈 

灰色块状,TiA1,呈灰白色条状 

合金中的cu是基本强化元素,与A1形成0相 

起固溶强化和弥散硬化作用,Mn的作用是与Al、cu 

形成T相,围溶处理时呈弥散质点析出,产生组织 

上的不均匀性而提高室温和高温强度,Ti和Al生成 

铅 

_Ll . 

∞ 

『. L:

M 

_\ .1 .,l ._

/ 一 

一 2 

一 

TiA1 相,细化晶粒提高力学性能,Cd起时效强化作 

用,加速人工时效,即加速GP区和0 相的形成,提 

一~ 

高抗拉强度,Zr和V与Al能分别生成、ZrA1 和 

VA1,相,即细化晶粒提高合金的力学性能,又能在 

晶粒内部形成稳定的显微不均匀性而强化合金B 

的作用形成TiB 相,作为外来的结晶核心细化晶 

粒,提高力学性能。 

同时ZL205合金铸件微量元素的含量,也对 

ZI205A合金铸件的力学性能特别是拉伸性有影响, 

见表2。 

表2微量元素的含量对力学性能的影响 

弱 

5 

2.2热处理工艺对其力学性能也有影响 

图2是固溶处理的温度对ZL205A合金的力学 

影响。 

图2固溶处理温度对ZL2BSA台金拉伸性能的影响 

由图2可看出,随固溶温度的升高(rb和65在 

升高,达到峰值后,随固溶温度的升高曲和85降 

低,在538 ̄542 ̄(2时,85的值达到峰值,而0d)的峰 

值在542 ̄546 ̄C,但在此温度,85急剧下降。 

图3 ZI_TA)SA合金的时效曲线(155) 

由图3看出,随着时效时间的加长,(rb在升高,

~\ 一 一  

 

.. 

而85在急剧的下降。 

图4是固溶处理淬火水温对ZL205A合金的力 

学影响。 

^B‘宴v b ^,6v 

5 5 5 

5 

5亭 

8 7 6 

 .

40 60 8o l00 

0(xz 

图4 固溶处理淬火水温对ZL2OSA合金拉伸性能的影响 

由图4可看出,随淬火水温的升高orb呈缓慢下 

降,85呈波浪状,要想得到85最佳,淬火水温在5O 

70℃时,其力学性能为最佳。 

2.3 ZL2o5A合金铸件的T5处理工艺的确定 

将ZL205A一段加热温度保持不变,主要是考虑 

到非平衡熔化现象,当ZL205A合金加热到固溶线以 

上 :Cu相和铝固溶体之问的界面上将发生熔化,此 

时如立即淬火,合金将出现复熔球;若不淬火,而是保 

温足够时问,则此复熔液体将被吸收成为固溶体的一 

部分,只要金属内氢气尚未在其界面占有空间,就不 

会留下痕迹。所以,在固溶材料时,继续保持分段加 

热,第一段的固溶温度较低,即略高于不平衡条件下 

的熔化温度,保温一段时问,待相界面复熔消失后; 

第二段升到略低于平衡条件下的熔化温度。 

铸件随炉升温至530—535'tl2,保温lh后,继续 

升温至538~542℃,保温13h后,迅速淬人55℃的 

热水中。 (下转第132页) 

5 

132 甘肃科技 第3O卷 

细菌中,FEP及IPM的敏感率分别为55.5%、 

tagonizes the antibacterila activity of tlcarcillin[J].J An- 

84.9%,虽然仍可说明革兰氏阴性杆菌所引起的交 

ifmicmb Agent chemothex,1999,43(4):882—889. 

叉感染对四代头孢(如FEP)及碳青酶烯类抗生素 

[4] Bennett PM,chopra I.Molecular basis of B—lactamase 

(如IPM)敏感,但我们此次流行病学调查提供的数 

induction in bacterial[J].J Antimicrob Agent chemother, 

据提示这两种抗生素的敏感性有下降趋势。以上调 

1993,37(2):153—158. 

查结果提示在临床选择用药时,在未明确革兰氏阴 

[5] Coudron PE,Molnad ES,Thomoson KS.Occurrence and 

detection of Ampc beta——lactamases among Escher——ichia 

性杆菌尤其是肠杆菌类及不动杆菌类产AmpC酶的 

coli,KlebsieUa pneumonice and Proteus mirabilis isolates 

情况时,不能笼统经验用药,治疗持续高产AmpC酶 

at a veterans medical center[J].J din microbiol,200o, 

株感染时可采用碳青霉烯类如(IPM)或四代头孢菌 

38(5):1791—1796. 

素(FEP)。 

[6]Takahashi A,Yomodas,Kobayashi I,etla Detcetion fo car- 

参考文献: 

bapenemase producing Acinetobacter ballmannii in a hos— 

[1] 周志慧,李兰娟,俞云松,等.阴沟肠杆菌耐药及AmpC 

pitad[J].J Clin Miorobiol,2000,38(2):526-529. 

[7] 张丁丁,范昕建,雷秉钧,等.产AmpC酶阴沟肠杆菌的 

基因表达状况研究[J].中华传染病杂志,2002,20 

(6):337—340. 

耐药性及耐药结构基因的序列分析【J].华西医学, 

[2]Ptom JD,Sanders CC,Sanders WE.Antimicrobila,resist- 

2002,17(4):492—494. 

ance with focus on 13——lactam resistance in Gram—・neg 

[8]徐英春,陈民钧.AmpC酶与革兰阴性菌的耐药特征 

ative bacilli[J].J Am J Med,1997,103(1):51-59. 

[J].中华微生物学和免疫学杂志,2001,21(增刊):14 

[3]Lister PD,Gardner VM,Sanders CC.Clavulanate induces 

16. 

expxession of the Pseudomonas aeruginosa Ampccephalos 

[9]吴伟民,陈民钧.AmpC酶的研究进展[J].中华抗感染 

pofinase at physidogicaUy relevant concentrations and an. 

化疗杂志,2001,1(1):54—57. 

(上接第72页) 

542℃时,85的值达到峰值,而盯b的峰值在542~ 

新工艺将二段淬火温度确定在伸长率最大的范围 

546 ̄C;时效时间的加长,曲在升高,而85在急剧的 

内,以保证伸长率达到工艺要求,然后在150 ̄C保温 下降;随淬火水温的升高 呈缓慢下降,85呈波浪 

8h的人工时效。经过几批的生产,铸件的力学性能 

状,要想得到85最佳,淬火水温在5O~7OcI=时,其 

已完全达到工艺要求,符合GB1 173—1995,见表3。 

力学性能为最佳; 

表3改进后的力学性能 

3)ZL205A砂铸件,T5处理的最佳工艺参数为: 

铸件随炉升温至530~535℃,保温1h后,继续升温 

至538—542℃,保温13h后,迅速淬人55℃的热水 

中。然后进行150 ̄C保温8h的人工时效后,其力学 

性能为最佳抗拉强度达480MPa,伸长率达7(%)以 

上。 

3结论 

参考文献: 

1)砂型铸造ZL205A合金在 状态下,具有良 

[1]龚海军,米国发,王狂飞,等.ZL205合金的组织与性能 

好的综合力学性能。要保证经过 处理的铸件具 

研究[ J].《热加工工艺》锻造锻压,2007,15(5):90— 

有良好的力学性能,必须严格控制其化学成分,尤其 

92. 

是微量元素zr、V; 

[2]中国机械工业学会铸造专业学会.铸造手册【M].北 

2)砂型铸造ZL205A铸件随固溶温度的不同而 

京:机械工业出版社,2001. 

变化。随固溶温度的升高 和 在升高,达到峰 

[3]《航空工程制造手册》热处理卷[M].北京:航空工业 

值后,随固溶温度的升高盯b和85降低;在538~ 

出版社,2002. 

2024年9月7日发(作者:屠雅寒)

第3O卷第6期 

2014年3月 

甘肃科技 

Gansu Science and Technology 

f.30ⅣD.6 

Mar. 2014 

ZL205 A合金的热处理工艺的研讨 

武晓枫 

(长风信息集团,甘肃兰州730070) 

摘要:对ZL205A合金的 处理进行了实验,研究了ZL205A合金铸件的T5后力学性能与原材料及淬火工艺的关 

系,发现在原材料含量确定的情况下,淬火温度和时效温度的选取及淬火水温对热处理后的力学性能有很大影响。 

所以,确定的ZL205A合金的 处理工艺为530—535℃、538—542℃分段保温1h和13h加热,淬入55 的热水中, 

然后进行150℃保温8h的时效处理,其力学性能达到最佳。 

关键词:ZL205合金;淬火;时效;力学性能 

中图分类号:TG113 ・ 

随着我国航空航天技术的不断发展,越来越多 

温至540—545 ̄C保温12h后,迅速淬人40 ̄C的热水 

中。然后进行在150 ̄C,保温8h的时效处理。经检 

测其力学性能见表l。 

表1力学性能 

的高强度铸造铝合金被用于制造承受较大载荷的航 

空、航天的机械构件,20世纪以来,铝铜系铸造合 

金,因其具有良好的室温性能和耐高温性能而得到 

了广泛应用。ZL205合金是一种新型的高纯度高强 

度的铸造铝铜合金,作为一种新型材料,它是目前世 

界上使用强度最高的铸铝合金,因其具有良好的塑 

性、韧性和抗蚀性能,容易焊接,切削加工性能特别 

好,而被越来越多地应用到航空航天零件中。虽然 

它具有良好的力学性能,由于其合金含量复杂,又具 

有较宽的结晶温度范围,在实际生产中应用还是有 

从表1中看出,ZL205A铸件经热处理后,其抗 

拉强度和硬度基本达到了国标,符合要求,但伸长率 

未达到要求,铸件为不合格。 

定的困难。通过对热处理工艺的探讨,总结出 

ZL205A合金的热处理(T5)工艺。 

2查找不合格的原因 

2.1原材料的影响 

1热处理工艺试验 

1.1试验原材料 

ZL205A合金成分复杂,在铸态下的组织为: 

固溶体、e(Al2Cu)相、T(A1l2Mn2Cu)相、TiA13相、Cd 

相、ZrAI3相、VAI7相、TiB2相,在固溶处理时,0相和 

ZL205A合金是一种高纯度的铸造合金,合金成 

分要符合GB1173—1995。 

其中Cu4.6%一5.3%、MnO.3%~0.5%、Ti 

0.15%一0.35%、Cd0.15%~0.25%、VO.05%一 

cd相溶人0【固溶体中,而二次T腥呈弥散小质点析 

出,其余相不参与相变,在200倍下的显微组织特 

0.3%、Zr0.05%一0.2%、B0.005%一0.06%,其余 

是铝。 

征:Ot固溶体、初生T(A1 Mn Cu)相呈黑色枝权状, 

二次T(Al 2Mn2Cu)相呈黑色点状,O(Al2Cu)相溶懈 

完全,如 

1.2热处理要求 

ZL205A铸件的热处理要求为T5处理,铸件经 

T5处理后,其力学性能符合GBI 173—1995,抗拉强 

度orb 440(MPa)、伸长率7%(85)。 

1.3工艺试验方法 

采用设备的为井式气体循环铝合金淬火炉。首 

次淬火、时效工艺为: 

随炉升温至530~535 ̄C,保温1h,随后继续升 

图1 ZI..205A合金显微组织 

72 甘肃科技 第30卷 

状态:砂型铸造,未热处理组织特点: 固溶 

图3是时效时问对ZL205A合金orb和85的影 

响。 

体,共晶:0(AI2Cu)+ +cd相,呈黑色,ZrAI3相呈 

灰色块状,TiA1,呈灰白色条状 

合金中的cu是基本强化元素,与A1形成0相 

起固溶强化和弥散硬化作用,Mn的作用是与Al、cu 

形成T相,围溶处理时呈弥散质点析出,产生组织 

上的不均匀性而提高室温和高温强度,Ti和Al生成 

铅 

_Ll . 

∞ 

『. L:

M 

_\ .1 .,l ._

/ 一 

一 2 

一 

TiA1 相,细化晶粒提高力学性能,Cd起时效强化作 

用,加速人工时效,即加速GP区和0 相的形成,提 

一~ 

高抗拉强度,Zr和V与Al能分别生成、ZrA1 和 

VA1,相,即细化晶粒提高合金的力学性能,又能在 

晶粒内部形成稳定的显微不均匀性而强化合金B 

的作用形成TiB 相,作为外来的结晶核心细化晶 

粒,提高力学性能。 

同时ZL205合金铸件微量元素的含量,也对 

ZI205A合金铸件的力学性能特别是拉伸性有影响, 

见表2。 

表2微量元素的含量对力学性能的影响 

弱 

5 

2.2热处理工艺对其力学性能也有影响 

图2是固溶处理的温度对ZL205A合金的力学 

影响。 

图2固溶处理温度对ZL2BSA台金拉伸性能的影响 

由图2可看出,随固溶温度的升高(rb和65在 

升高,达到峰值后,随固溶温度的升高曲和85降 

低,在538 ̄542 ̄(2时,85的值达到峰值,而0d)的峰 

值在542 ̄546 ̄C,但在此温度,85急剧下降。 

图3 ZI_TA)SA合金的时效曲线(155) 

由图3看出,随着时效时间的加长,(rb在升高,

~\ 一 一  

 

.. 

而85在急剧的下降。 

图4是固溶处理淬火水温对ZL205A合金的力 

学影响。 

^B‘宴v b ^,6v 

5 5 5 

5 

5亭 

8 7 6 

 .

40 60 8o l00 

0(xz 

图4 固溶处理淬火水温对ZL2OSA合金拉伸性能的影响 

由图4可看出,随淬火水温的升高orb呈缓慢下 

降,85呈波浪状,要想得到85最佳,淬火水温在5O 

70℃时,其力学性能为最佳。 

2.3 ZL2o5A合金铸件的T5处理工艺的确定 

将ZL205A一段加热温度保持不变,主要是考虑 

到非平衡熔化现象,当ZL205A合金加热到固溶线以 

上 :Cu相和铝固溶体之问的界面上将发生熔化,此 

时如立即淬火,合金将出现复熔球;若不淬火,而是保 

温足够时问,则此复熔液体将被吸收成为固溶体的一 

部分,只要金属内氢气尚未在其界面占有空间,就不 

会留下痕迹。所以,在固溶材料时,继续保持分段加 

热,第一段的固溶温度较低,即略高于不平衡条件下 

的熔化温度,保温一段时问,待相界面复熔消失后; 

第二段升到略低于平衡条件下的熔化温度。 

铸件随炉升温至530—535'tl2,保温lh后,继续 

升温至538~542℃,保温13h后,迅速淬人55℃的 

热水中。 (下转第132页) 

5 

132 甘肃科技 第3O卷 

细菌中,FEP及IPM的敏感率分别为55.5%、 

tagonizes the antibacterila activity of tlcarcillin[J].J An- 

84.9%,虽然仍可说明革兰氏阴性杆菌所引起的交 

ifmicmb Agent chemothex,1999,43(4):882—889. 

叉感染对四代头孢(如FEP)及碳青酶烯类抗生素 

[4] Bennett PM,chopra I.Molecular basis of B—lactamase 

(如IPM)敏感,但我们此次流行病学调查提供的数 

induction in bacterial[J].J Antimicrob Agent chemother, 

据提示这两种抗生素的敏感性有下降趋势。以上调 

1993,37(2):153—158. 

查结果提示在临床选择用药时,在未明确革兰氏阴 

[5] Coudron PE,Molnad ES,Thomoson KS.Occurrence and 

detection of Ampc beta——lactamases among Escher——ichia 

性杆菌尤其是肠杆菌类及不动杆菌类产AmpC酶的 

coli,KlebsieUa pneumonice and Proteus mirabilis isolates 

情况时,不能笼统经验用药,治疗持续高产AmpC酶 

at a veterans medical center[J].J din microbiol,200o, 

株感染时可采用碳青霉烯类如(IPM)或四代头孢菌 

38(5):1791—1796. 

素(FEP)。 

[6]Takahashi A,Yomodas,Kobayashi I,etla Detcetion fo car- 

参考文献: 

bapenemase producing Acinetobacter ballmannii in a hos— 

[1] 周志慧,李兰娟,俞云松,等.阴沟肠杆菌耐药及AmpC 

pitad[J].J Clin Miorobiol,2000,38(2):526-529. 

[7] 张丁丁,范昕建,雷秉钧,等.产AmpC酶阴沟肠杆菌的 

基因表达状况研究[J].中华传染病杂志,2002,20 

(6):337—340. 

耐药性及耐药结构基因的序列分析【J].华西医学, 

[2]Ptom JD,Sanders CC,Sanders WE.Antimicrobila,resist- 

2002,17(4):492—494. 

ance with focus on 13——lactam resistance in Gram—・neg 

[8]徐英春,陈民钧.AmpC酶与革兰阴性菌的耐药特征 

ative bacilli[J].J Am J Med,1997,103(1):51-59. 

[J].中华微生物学和免疫学杂志,2001,21(增刊):14 

[3]Lister PD,Gardner VM,Sanders CC.Clavulanate induces 

16. 

expxession of the Pseudomonas aeruginosa Ampccephalos 

[9]吴伟民,陈民钧.AmpC酶的研究进展[J].中华抗感染 

pofinase at physidogicaUy relevant concentrations and an. 

化疗杂志,2001,1(1):54—57. 

(上接第72页) 

542℃时,85的值达到峰值,而盯b的峰值在542~ 

新工艺将二段淬火温度确定在伸长率最大的范围 

546 ̄C;时效时间的加长,曲在升高,而85在急剧的 

内,以保证伸长率达到工艺要求,然后在150 ̄C保温 下降;随淬火水温的升高 呈缓慢下降,85呈波浪 

8h的人工时效。经过几批的生产,铸件的力学性能 

状,要想得到85最佳,淬火水温在5O~7OcI=时,其 

已完全达到工艺要求,符合GB1 173—1995,见表3。 

力学性能为最佳; 

表3改进后的力学性能 

3)ZL205A砂铸件,T5处理的最佳工艺参数为: 

铸件随炉升温至530~535℃,保温1h后,继续升温 

至538—542℃,保温13h后,迅速淬人55℃的热水 

中。然后进行150 ̄C保温8h的人工时效后,其力学 

性能为最佳抗拉强度达480MPa,伸长率达7(%)以 

上。 

3结论 

参考文献: 

1)砂型铸造ZL205A合金在 状态下,具有良 

[1]龚海军,米国发,王狂飞,等.ZL205合金的组织与性能 

好的综合力学性能。要保证经过 处理的铸件具 

研究[ J].《热加工工艺》锻造锻压,2007,15(5):90— 

有良好的力学性能,必须严格控制其化学成分,尤其 

92. 

是微量元素zr、V; 

[2]中国机械工业学会铸造专业学会.铸造手册【M].北 

2)砂型铸造ZL205A铸件随固溶温度的不同而 

京:机械工业出版社,2001. 

变化。随固溶温度的升高 和 在升高,达到峰 

[3]《航空工程制造手册》热处理卷[M].北京:航空工业 

值后,随固溶温度的升高盯b和85降低;在538~ 

出版社,2002. 

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