Effects of pre-deformation on the precipitation behavior of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy during artificial aging
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摘要:
通过采用维氏硬度测试、透射电子显微镜（TEM）、差示扫描量热法（DSC）等手段研究了预变形对Al-Cu-Li及Al-Cu-Li-Mg-Ag两种合金时效析出行为的影响。结果表明：在 Al-Cu-Li 合金中,峰时效后θ'相的析出占据主导,并且通过预变形引入位错有利于Al-Cu-Li合金时效后θ'相的析出,而对T1相几乎没有促进作用；添加微量Mg、Ag元素后,Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金峰时效后的析出相转变为T1相并占据主导,θ'相较少；Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金经预变形时效后T1相和θ'相的数量密度均有所增加,即预变形同时促进了T1相和θ'相的析出；在Ɛ = 0 ~ 3%预变形范围内,T1相的数量密度随着预变形量的增加而增大,并且T1相的尺寸也变得更加细小和均匀,进而使合金获得更优异的性能。
Abstract:The effect of pre-deformation on the precipitation behavior of Al-Cu-Li and Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloys during artificial aging (RA) was studied by the Vickers hardness test, transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimetry (DSC). The results showed that the precipitation of the θ' phase was the main phase after peak-aging in Al-Cu-Li alloy. Moreover, the dislocation caused by pre-deformation was beneficial to the precipitation of θ' phase in Al-Cu-Li alloy after aging but had little effect on the T1 phase. For the Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy, the precipitation of the T1 phase and θ' phase was promoted by pre-deformation during RA. After the addition of trace Mg and Ag solute elements, the precipitation phase of Al-Cu-Li-Mg-Ag alloy was mainly the T1 phases after peak-aging, with fewer θ' phases. The number density of the T1 phases and θ' phases increased after the pre-deformation aging of the Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy, that is, the pre-deformation promoted the precipitation of the T1 phases and θ' phases simultaneously. Within the pre-deformation range of Ɛ = 0 ~ 3%, the number density of the T1 phases increased with the increment of pre-deformation, and their size was also becoming more uniform and smaller. Thus, the alloy could obtain more excellent mechanical properties.
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Keywords:
- Al alloy /
- precipitation phase /
- pre-deformation /
- dislocation /
- aging
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0 前言
永平铜矿是一座于1984年建成投产的、日处理万吨矿石的大型有色金属矿山, 主要生产铜精矿、硫精矿, 并在铜精矿中回收伴生有价金属金、银。两台f5.03m ×6.4m球磨机系该矿从加拿大A.C.公司引进的选矿主机设备, 其磨矿回路设备和自控仪表具有80年代国际先进水平-选厂从投产至今已有15年的生产实践, 磨矿机钢球单耗由投产初期的2.06kg/t·矿下降到目前的1.2kg/t·矿。
1 磨矿机技术性能
磨矿机为f5.03m ×6.4m溢流型球磨机, 磨矿机技术性能见表 1。
表 1 Ø5.03m ×6.4m溢流型球磨机技术性能
2 矿石性质及磨矿工艺参数
2.1 矿石性质
永平铜矿是一座以铜为主, 共生硫铁、铅、锌及铁的综合矿床, 属广义的矽卡岩型矿石。矿石的普氏硬度为8~ 10, 设计碎矿最终产品粒度-15mm含量为100%, -9mm含量为80%, 磨矿机内矿浆pH值为6~ 8。
2.2 磨矿设计工艺参数
磨矿设计工艺参数为:磨矿机处理能力5 000 t /d·台; 给矿粒度-12 mm占80%;产品粒度-0.115mm占80 %; 磨矿浓度70 %, 分级溢流细度-0.074mm占(68 ±3)%; 磨矿分级返砂比300 %~ 500 %; 磨矿介质采用锻钢球, 原始球荷组成见表 2; 钢充填率38 %~ 40 %; 补加钢球直径与比例f75mm:f50mm=1:1;钢球由加拿大A.C.公司提供, 单耗为0.95kg/t·矿。
表 2 设计球荷组成结果
3 生产实践
3.1 碎矿生产
永平铜矿选厂自投产以来, 经过不断技术革新和流程改进工作, 碎矿流程于1989年基本通畅, 生产趋于正常, 选矿处理能力基本达产-碎矿生产虽然达到日处理万吨的能力, 但碎矿最终产品粒度距设计水平还有一定差距, 筛析结果见表 3。
表 3 碎矿最终产品筛析结果 %
由表 3可见, 由于碎矿最终产品粒度太粗、粒度组成不合理, 这将直接影响到磨矿生产, 也影响到磨矿机钢球的消耗。
3.2 磨矿生产
在原设计设备、备件装配条件下, 由于碎矿产品粒度达不到设计要求, 为了使磨矿生产基本达到浮选工艺的要求, 现场对一些设计参数进行了局部调整。补加钢球的直径由原设计f75mm、f50mm改为f90mm、f70mm, 配比不变, 磨矿浓度也提高到75 %左右, 磨矿机内钢球充填率, 原设计为38%~ 40 %, 改为34%左右。为此, 磨矿生产能力基本达到5 000 t/d·台。但是磨矿产品粒度比设计要求还略粗, 分级溢流产品细度-0.074mm占65 %, 存在欠磨的情况, 对浮选指标也有一定的影响。
3.3 磨矿钢球的消耗试验
随着选厂生产能力的达标, 生产工艺基本定型, 生产管理也逐步完善。为了提高磨矿机的台效, 降低钢球的磨矿单耗, 除了要把降低碎矿产品粒度作为重要因素来攻关之外, 选用适应永平铜矿矿石性质的高质量低消耗钢球也十分重要。
3.3.1 钢球质量的影响因素
选矿生产对钢球的要求是密度大、硬度高、耐磨性好和足够的韧性, 以免在冲击时碎裂。影响钢球质量的因素较多, 主要有材料质量、原料配方、生产工艺等。作为使用单位, 虽然对钢球的生产过程不了解也无法控制, 但是对钢球质量的影响因素应该了解清楚, 以便在使用过程中发现问题, 并及时进行分析和采取措施。另外, 还应利用矿山自有条件进行一些简单的质量检查, 如观察钢球的表面质量(钢球光洁度、圆度等), 并及时对钢球的密度、硬度进行检测, 避免劣质钢球进入磨矿机, 而影响磨矿生产能力。
3.3.2 钢球应用比较试验
投产初期, 永平铜矿的钢球单耗曾一度高达2.06kg/t·矿, 由于当时的选矿生产不太正常, 存在磨矿给矿不足的问题, 但也有钢球质量差的问题-1989年选厂达产后, 在降低碎矿产品粒度方面开展了大量的工作-1991年碎矿产品质量相对稳定后, 开始对不同钢球的质量进行了反复应用比较试验, 历年钢球应用试验结果见表 4。
表 4 历年钢球应用试验结果
由表 4可见, 江西铜业股份公司东乡铜矿玻尔公司生产的高铬合金球, 质量较好, 而且也耐磨, 磨矿单耗只有1.01kg/t·矿, 但是生产成本也高; 高质量的低铬合金球在永平铜矿的适用性较好, 如马鞍山市金属材料耐磨公司生产的低铬合金钢球, 磨矿单耗1.161kg/t·矿, 对买卖双方都有利; 安徽马鞍山市矿友耐磨材料公司生产的低铬合金钢球, 质量也较稳定, 永平铜矿近几年都是使用这种钢球, 磨矿机钢球的磨矿单耗见表 5。
表 5 1993~1998年钢球磨矿单耗结果 kg/t·矿
由表 5可见, 钢球单耗明显下降, 既稳定了磨矿生产, 又节约了生产成本。
4 结语
永平铜矿选矿厂的碎磨生产实践证明, 碎矿作业的好坏, 将直接影响到磨矿生产, 也影响到磨矿机钢球的消耗。通过钢球单耗试验, 选用合适的钢球, 对稳定磨矿生产, 降低钢球消耗, 节约生产成本是有利的。
赵中波 -
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图 1 合金的时效硬化曲线：（a） Al-Cu-Li；（b） Al-Cu-Li-Mg-Ag
Fig 1. Aging hardening curve of alloy：（a） Al-Cu-Li；（b） Al-Cu-Li-Mg-Ag
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图 2 Al-Cu-Li合金常规时效后的HAADF-STEM图像
Fig 2. HAADF-STEM images of Al-Cu-Li alloy after conventional aging
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图 3 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金试样常规时效后的HAADF-STEM图像:（a） 沿<011>Al晶带轴观察;（b） 沿<001>Al晶带轴观察
Fig 3. HAADF-STEM images of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy after conventional aging：（a） observed along <011>Al zone axis; （b） observed along <001>Al zone axis
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图 4 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金常规时效后析出相的长度分布：（a） T1相的长度分布；（b） θ'相的长度分布
Fig 4. Length distribution of precipitation phase of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy after conventional aging：（a） the length distribution of T1-phase; （b） the length distribution of θ'-phase
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图 5 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金时效试样的DSC曲线
Fig 5. DSC curve of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy after aging
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图 6 Al-Cu-Li合金经1%预变形时效后的HAADF-STEM图像：（a） 沿<011>Al晶带轴观察； （b） 沿<001>Al晶带轴观察
Fig 6. HAADF-STEM images of Al-Cu-Li alloy after 1% pre-deformation aging：（a） observed along <011>Al zone axis； （b） observed along <001>Al zone axis
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图 8 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金试样经1%预变形时效后析出相的长度分布：（a） T1相的长度分布；（b） θ'相的长度分布
Fig 8. Length distribution of T1 phase of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy after 1% pre-deformation aging：（a） the length distribution of T1-phase; （b） the length distribution of θ'-phase
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图 9 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金试样经3%预变形时效后的HAADF-STEM图像
Fig 9. HAADF-STEM images of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy after 3% pre-deformation aging
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图 10 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金试样经3%预变形时效后析出相的长度分布：（a） T1相的长度分布；（b） θ'相的长度分布
Fig 10. Length distribution of T1 phase of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy after 3% pre-deformation aging：(a) the length distribution of T1-phase; (b) the length distribution of θ'-phase
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图 11 预变形时效对Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金试样的影响：（a） 时效前后的硬度变化；（b） 时效后T1相尺寸和数量密度的变化；（c） 时效后θ'相尺寸和数量密度的变化
Fig 11. Effects of pre-deformation aging on Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy：（a） the Vickers hardness before and after aging; （b） the change of length and number density of T1-phase after aging; （c） the change of length and number density of θ'-phase after aging
表 1 Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金的化学成分
Table 1 The chemical composition of Al-Cu-Li-（Mg-Ag） alloy
元素 Cu Li Mg Ag Si Fe Al Al-Cu-Li合金 1.90 0.65 <0.01 <0.01 0.010 0.010 Bal. Al-Cu-Li-（Mg-Ag）合金 2.03 0.77 0.20 0.22 0.013 0.015 Bal. 
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