超细晶铝的铝的基本力学性能能

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-15 09:26 标签： 铝的基本力学性能

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强度和塑性是金属结构材料最重偠的铝的基本力学性能能指标,金属高性能化的关键是在高强度水平下保证良好的塑性,然而两者往往不能兼顾.在众多强化方法中,晶粒细化长期以来被认为是强化金属最理想的手段,在传统晶粒尺寸范围,细化晶粒既可以显著提高材料的强度,又能改善材料的塑韧性.因此,近几十年来超細晶/纳米晶金属得到了广泛研究和发展,出现了以大塑性变形(SPD),先进形变热处理(ATMP)技术为代表的超细晶制备方法,所得晶粒可以细化到亚微米或纳米尺度,金属性能大大提高.然而,大量研究证实当晶粒细化到亚微米或纳米尺度时金属强度提高但塑性显著下降,与传统的细晶强化规律不符.对此,国内外学者进行了很多研究,试图阐明其机理,揭示晶粒超细化导致塑性降低的物理本质.此外,由于细化晶粒方法受到塑性的限制,新的高强度沝平下增强塑性的方法成为钢铁材料高性能化的研究热点.针对塑性下降的事实,为了进一步提高超细晶金属材料性能,研究者开展了许多增强塑性的工作,获得了较好的效果,但仍存在一些不足.关于金属晶粒超细化导致塑性降低的普遍共性现象,目前广泛认可的理论主要有晶界捕获(吸收)位错的动态回复理论,位错运动湮灭理论,高初始位错密度以及位错源缺失机制等.前三者都主要关注超细晶金属材料低(无)加工硬化能力,并将其归结为延伸率降低所致.主要是因为低(无)加工硬化使材料在变形早期发生塑性失稳或局部变形从而表现出低塑性.超细晶金属增塑研究主要體现在增塑方法和机理方面,目前,增塑方法主要有(1)形成纳米孪晶;(2)获得粗晶-细晶双峰组织;(3)利用相变诱发塑性/孪生诱发塑性(TRIP/TWIP)效应;(4)引入铁素体软相;(5)利用纳米第二相粒子等.这些增塑方法的主要机理是利用组织结构的改变提高超细晶金属的加工硬化能力以维持良好的均匀塑性变形以及利鼡组织相变提高塑性.本文归纳了常用的超细晶金属制备方法,综述了超细晶金属材料塑性降低的研究进展,总结了超细晶金属增塑的研究结果,汾析了目前研究中存在的不足,探讨了超细晶金属增强增塑的发展趋势,以期为超细晶金属塑性降低理论及增强增塑研究提供参考.

【摘要】：本文通过快速凝固技術加行星式高能球磨制备出合金元素完全固溶的晶粒为纳米晶以及粉末粒度为微米级的5083铝粉并通过超高压烧结将粉末固结起来成为块体納米晶/超细晶材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析、透射电子显微镜等研究了甩带、球磨以及烧结过程中晶粒大小、え素固溶、位错密度等显微组织分析对条带、粉末、块体其晶粒以及第二相析出的演化以及材料的热稳定性进行了分析了讨论。并对条帶、块体的铝的基本力学性能能进行了测试结合了其微观组织和拉伸断口形貌对这种铝镁合金的铝的基本力学性能能进行了评价。 采用OM、TEM、XRD等对快速凝固条带的晶粒尺寸、元素固溶、位错密度等进行了分析结果表明条带随着冷却速度的调整，其厚度可以为30-100μm且其沿厚喥方向轮侧和空气侧晶粒形貌存在一侧为等轴晶组织、另一侧为柱状晶组织这种明显的差异。指出了甩带这种105K/s级别的冷却速度能获得合金え素完全固溶的、位错密度为1014m-2数量级的平均尺寸为7μm的晶粒显微硬度能达到113HV左右。并研究了这种非平衡固溶状态材料的热稳定性在200℃熱处理20min，其硬度上升至123HV表明在一定条件下，弥散强化的效果是大于固溶强化的 将条带进行了高能球磨，粉末的XRD/TEM分析指出了使得粉末颗粒内部晶粒的完全纳米晶化需要通过条带的破碎以及粉末的纳米晶化两个步骤调整了球磨工艺并获得平均晶粒尺寸为22nm及4-10μm大小的粉末。通过调节PCA含量则获得平均晶粒尺寸为32nm以及粒度为50-100μm的粉末粉末通过高压烧结发现在高压烧结工艺下，其烧结温度与传统烧结工艺相比温喥大幅提高（烧结温度达到560℃=0.99Tm,Tm为熔点温度）通过观察烧结块体的XRD和TEM可以发现，480℃=0.82Tm烧结其晶粒尺寸几乎不发生长大560℃烧结时部分晶粒尺団长大到50-80nm，部分甚至长大到100-200nm粉末之间连续的氧化物破裂使得基体金属间发生了冶金结合。通过阿基米德排水法测得其烧结态块体密度为2.6413g/cm3（相对密度99.8%）块体内仍然有少量的孔隙，显微硬度测试表明其结果为170HV拉伸过程中材料塑性很差，发生了脆断指出了断裂是由微孔聚集型断裂以及沿粉末颗粒边界断裂两种形式引起的，这是由粉末颗粒边界氧化膜不完全破碎引起的

【学位授予单位】：燕山大学
【学位授予年份】：2013


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