2A14／A390复合材料热处理组织和性能研究

姜银方  钱俊康  万里  许若震  杨青  王科委  刘振

 （江苏大学机械工程学院）

摘要  对铝合金2A14和A390复合材料进行热处理并研究其组织性能。试验中采用热挤压复合铸造技术使得两种金属实现冶金结合，经过固溶热处理后对双金属复合界面的显微组织、显微硬度及结合强度进行测试；并对热处理工艺参数进行分析研究，发现最佳的热处理温度为500℃，固溶4h。

关键词  双金属；固溶处理；力学性能

 车用发动机裂解型连杆常用的制造材料局限于粉末锻造、高碳钢、球墨铸铁和可锻铸铁，而这类材料的制备条件苛刻，成本高，使得连杆裂解加工技术的应用与推广受到限制。针对上述问题，采用双金属复合铸造技术来制造裂解连杆，使裂解层充填不同于连杆主体的材料，通过热挤压复合铸造技术使得具有高性能的主体材料和具有脆断性的裂解材料实现冶金结合，然后在裂解层实施裂解。此方法可将铝合金、钛合金、40Cr等用于裂解型连杆的制造，扩大了裂解连杆材料的选择范围。对双金属试样进行热处理，目的在于提高两种材料的界面连接质量，使得材料结合得更加紧密，同时改善双金属复合材料的组织和力学性能。本课题制备了2A14/A390双金属铝合金，热处理后观察并分析其组织和性能，得出最佳的热处理工艺参数。

1  试验过程

2 A14和A390铝合金的化学成分见表1。首先预热模具和隔离板，见图1，其预热温度分别为280和400。C；再将两金属放入坩埚炉中加热，加热温度分别为7 30和680。C，除渣除气后，将隔离板插入模具中。先浇2A14铝合金，待其凝固成半固态状态时，将隔离板拔出，将A390铝合金浇入到除去隔板所形成的空隙中，同时施加挤压力使得两金属充分接触，保压一段时间空冷后形成双金属铸坯，然后进行线切割，保证切割后的试样复合界面清晰，见图2。

  在480、490、500℃下分别固溶2、4、6h，分析后得出最佳的固溶热处理方案。

2试验结果与分析

2.1显微组织分析

  图3为铸态和不同温度下固溶4h时复合材料的金相组织。可以看出，铸态以及固溶温度为480、490℃时组织中存在针状共晶Si、条状共晶Si、点链状共晶Si。而当固溶温度为500℃时，共晶Si逐渐转变为颗粒状，界面上的团聚现象基本消失，细小的颗粒状共晶Si弥散分布在基体中，A390铝合金一侧Si向2A14铝合金一侧发生了明显的扩散，双金属复合材料在界面处能够紧密结合，因此选择温度为500 0C。图4为500℃时固溶2、4、6h复合材料的金相组织。

 当固溶2h时，共晶Si依然呈细长的针状和片状，几何尺寸较大，球化效果不明显，合金组织中可见明显的残留化合物，并且两种金属的界面较明显，没有明显的过渡区域；当固溶4h时，合金基体中的细长的针状Si逐渐球化，分布更加弥散、均匀，两种金属界面融合较好，界面的过渡区域明显，进一步提高了主体材料和裂解材料的结合性能；当固溶6h时，Si相开始长大，尤其是部分片状共晶Si长大较为明显，影响两种材料的结合性能。综上所述，固溶时间选择为4h合适。

2.2力学性能分析

从2 A14／A390的结合界面处开始分别向两侧进行显微硬度测定，取A390合金方向为正向，所得结果见图5。铸态组织界面两侧硬度差别较大，成跳跃式变化，随着固溶温度的提高，2A14 -侧硬度上升较明显，A390 -侧硬度也略有上升，界面两侧硬度过渡逐渐平缓，由跳跃式变化逐渐转变为梯度变化。逐步延长时间，界面两侧金属的硬度都先增加后减小，两种金属靠近界面处位置的硬度差逐渐减小。固溶4h时，硬度达到最大，且界面处硬度过渡平缓，表明两种材料结合质量较好。

表2为固溶温度对试样力学性能影响。由表2可知，随着固溶温度的升高，双金属复合材料的抗拉强度和伸长率均提高。这是由于在一定的温度范围内，随着固溶温度的升高，合金中强化相逐渐溶解，固溶体含量逐渐升高，因此合金的强度和伸长率逐渐变大。表3为固溶时间对试样力学性能影响。从表3看出，延长固溶时间，试样的抗拉强度和伸长率先升高后降低，且最佳固溶时间为4h。

3  结论

 对热挤压复合铸造2A14lA390双金属复合材料后所得的铸坯进行固溶处理，得到的双金属铸坯组织致密、性能优良，界面结合质量提高。不同温度和时间对双金属铸件组织性能的影响不同，最佳固溶温度为500℃，固溶时间为4h。