機械球磨和熱擠壓制備超細晶5083鋁合金的微觀組織與力學性能研究.pdf

1、5083鋁合金具有比較低的密度、較高的強度、較好的韌性、良好的耐蝕性等特點被廣泛應用于飛機、汽車、船舶、發(fā)射塔、鉆井平臺、裝甲車等領(lǐng)域。在輕量化、快速化、綠色化的要求下，現(xiàn)代航空航天和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)︿X合金的性能提出了更高的要求。其中，細晶化即制備具有超細晶或者納米晶組織的材料，是實現(xiàn)材料性能提升的一個發(fā)展方向。目前，粉末冶金方法是制備納米晶/超細晶材料行之有效的方法之一。本文先通過室溫機械球磨制備粉末，再利用熱等靜壓處理和熱擠壓制備塊

2、體超細晶5083鋁合金材料。通過采用透射電鏡、掃描電鏡、X射線衍射、金相分析等檢測手段表征了粉末和塊體材料的微觀組織結(jié)構(gòu)，同時研究了塊體材料的力學性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性。
　　研究了粉末和塊體材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。在惰性氣體氛圍保護下通過室溫機械球磨來制備5083鋁合金粉末。TEM觀察表明其微觀組織形貌是由等軸晶和拉長晶粒兩種形貌組成，其中大約60％為等軸晶，40％為拉長晶粒，晶粒尺寸分布范圍為20-150nm。熱等靜壓處理后，拉

3、長晶粒減小到10％左右。其中，400℃熱等靜壓處理后(＃24-1樣品)平均晶粒尺寸為176nm，325℃熱等靜壓處理后(＃24-2樣品)平均晶粒尺寸為157nm。熱擠壓后＃24-1樣品的平均晶粒尺寸達到371nm，＃24-2樣品的平均晶粒尺寸達到322nm。同時TEM觀察到有第二相彌散分布在5083鋁基體中。
　　研究了Scherrer方法、積分寬度法、Voigt函數(shù)法計算Al5083的晶粒大小。Scherrer方法由于沒有考慮微

4、觀應變的影響，默認衍射峰產(chǎn)生的寬化全是由晶粒細化引起的，其計算出的晶粒尺寸普遍偏小。積分寬度法分為Cauchy-Cauchy、Gaussian-Gaussian、Cauchy-Gaussian三種方法。其中Cauchy-Cauchy方法假設晶粒細化和微觀應變均接近柯西分布，計算結(jié)果偏大。Gaussian-Gaussian方法假設晶粒細化和微觀應變均接近高斯分布，計算結(jié)果太小。Cauchy-Gaussian方法假設晶粒細化效應接近柯西分布

5、，微觀應變效應接近高斯分布，其計算結(jié)果更接近TEM統(tǒng)計結(jié)果，可以有效地計算晶粒大小。Voigt函數(shù)法中每條衍射線的計算結(jié)果都不同，取決于所選定的衍射線。
　　研究了塊體超細晶Al5083樣品的室溫拉伸性能。實驗結(jié)果表明＃24-1樣品的屈服強度為490MPa，抗拉強度為497MPa，斷后伸長率為8.7％。＃24-2樣品的屈服強度為560MPa，抗拉強度為566MPa，斷后伸長率為6.3％，強度比傳統(tǒng)5083鋁合金材料有較大提高（60

6、％左右）。斷口分析顯示其斷裂方式屬于微孔聚集型斷裂。在理論分析的基礎上半定量估算了各種強化機制對超細晶Al5083材料強度的貢獻，結(jié)果表明其強化機制包括細晶強化、彌散強化、固溶強化、位錯強化，其中以細晶強化、彌散強化為主。
　　研究了塊體超細晶Al5083樣品的熱穩(wěn)定性。＃24-1樣品在400℃下進行退火，硬度為129±0.44HV，較退火前降低了3.7％。屈服強度、抗拉強度分別是469MPa、472MPa，較退火前分別降低了4.