2618合金固液混合近液相线铸造及其成形过程中组织演化与高温强化研究

2618耐热铝合金是传统锻造铝合金中耐热性最好的一种合金，该合金常用于制备战斗机的发动机叶片和机壳等，该合金的高温强度和室温韧性的矛盾是一个亟待解决的难题。采用大量具有变质细化作用的快速凝固Al-Ti中间合金与2618合金液进行固液混合、在该合金的液相线温度附近进行铸造成形，将有效解决该合金的高温强度和室温强韧性之间的矛盾。本项目开展Al3Ti相在Al-Ti中间合金快速凝固制备及其重熔过程中的长大粗化规律研究；揭示快速凝固Al-Ti中间合金和2618合金固液混合过程中合金组织的演化规律，研究2618合金近液相线铸造凝固造过程中的组织演化与机理；分析固液混合和近液相线铸造工艺参数对2618合金凝固组织演化的影响；研究2618合金凝固组织在均匀化、热变形及固溶-时效处理过程中的演化规律，结合合金力学性能与断口分析，阐明2618合金的高温强化机理。研究成果对开发高性能耐热铝合金具有理论指导意义。

利用自行设计的压铸铜模简易快速凝固装置，对Al-10wt.%Ti、Al-7.5wt.%Ti和Al-5wt.%Ti-1wt.%B三种中间合金进行快速凝固实验研究，澄清了熔炼温度、保温时间、冷却速度对中间合金凝固组织的影响规律，开发了一种制备具有大量弥散Al3Ti相颗粒Al-Ti中间合金的新工艺。研究了快速凝固Al-Ti中间合金重熔过程中的组织演化规律，为2618-Ti铝合金的制备提供依据。采用经过预处理的Al-Ti中间合金粉与2618合金液进行固液混合近液相线铸造，通过精确控制固液混合比、混合温度、混合时间和浇注温度等工艺参数、成功地制备了弥散Al3Ti相增强的2618耐热铝合金。采用该工艺制备的2618铝合金具有比较细小的晶粒组织，合金凝固组织中Al3Ti相颗粒尺寸控制在2~10微米。采用平衡合金法实验测定了Al-Cu-Ti 600 和Zn-Al-Ti三元系370 等温截面相关系，为分析2618-Ti铝合金的显微组织提供了科学依据。利用扩散偶等试验方法、采用扫描电镜、DSC和X射线衍射仪等手段，澄清了2618和2618-Ti铝合金均匀化过程中的显微组织演变规律，利用扩散动力学方程对实验结果进行了回归分析，分别获得了2618和2618-Ti铝合金的最佳均匀化参数。采用Gleeble-3500热模拟试验机对2618-Ti铝合金进行热压缩变形实验，得到了该合金在不同变形温度和不同应变速率条件下流变应力的变化规律。依据真应力-真应变曲线建立了2618-Ti铝合金热变形的本构方程模型，为工业化生产中制定和优化2618-Ti铝合金的热变形工艺参数提供了理论依据。对2618-Ti铝合金在铸造、均匀化处理、热（冷）变形及固溶时效处理过程中的显微组织演变进行了系统研究，澄清了该合金的显微组织演变规律，确定了2618-Ti铝合金的固溶时效工艺参数。针对2618铝合金，开发了一种“固溶处理+ECAP+短时再结晶+峰值时效”的新型形变热处理工艺，在保证合金延伸率的同时显著提高合金的抗拉强度。对2618-Ti铝合金的高温强化机理的研究表明，由于该合金在均匀化和固溶处理时形成了Al18Mg3Ti2相，减少了时效析出相的生成，因此该合金的高温强度的提高主要归功于合金中大量存在的弥散Al3Ti相。