納米TiN-Ti細(xì)化劑對(duì)鋁及鋁合金組織與性能影響的研究.pdf

1、鋁合金具有比強(qiáng)度與比剛度高、抗沖擊性能好、加工性能好、耐腐蝕、耐磨損、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱及高的回收再生率等一系列優(yōu)良的性能,在航空航天、武器裝備及汽車工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。晶粒細(xì)化是獲取優(yōu)質(zhì)鋁錠、改善鋁材質(zhì)量、提高鋁材綜合力學(xué)性能和加工性能的重要手段。在常用的晶粒細(xì)化技術(shù)中,外加超細(xì)陶瓷顆粒能作為形核質(zhì)點(diǎn),提供大量的彌散質(zhì)點(diǎn)以促進(jìn)非均質(zhì)形核,在凝固及軋制變形過程中均可使鋁及鋁合金組織細(xì)化。該方法具有良好的可控性,能克服內(nèi)生顆粒法在生成

2、顆粒的數(shù)量及其大小的不確定性和難以把握性的缺點(diǎn),適用于工業(yè)化生產(chǎn),近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。但是由于外加顆粒與金屬液潤(rùn)濕性較差,一直制約著該細(xì)化技術(shù)的發(fā)展。因此,改善超細(xì)陶瓷顆粒與鋁液的潤(rùn)濕性,提高其形核能力,對(duì)細(xì)化鋁合金組織、發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)具有重要意義。
　　本文利用高能球磨法制備出一種金屬Ti包覆納米TiN顆粒的復(fù)合晶粒細(xì)化劑,研究了該細(xì)化劑對(duì)工業(yè)純鋁細(xì)化效果的影響及其在工業(yè)純鋁熔體中的抗衰退性能,探討了細(xì)化機(jī)理和抗衰退機(jī)理

3、;考察了該細(xì)化劑對(duì)工業(yè)純鋁焊縫組織和性能的影響,及其對(duì)變形工業(yè)純鋁再結(jié)晶過程中晶粒尺寸的控制作用;并研究了該細(xì)化劑對(duì)Al-4Cu合金鑄態(tài)組織及固溶時(shí)效處理后性能的影響,取得了如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　TiN/Ti細(xì)化劑對(duì)工業(yè)純鋁有明顯的細(xì)化作用,當(dāng)TiN/Ti加入量?jī)H為0.025％時(shí),試樣組織便由粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸晶;當(dāng)TiN/Ti復(fù)合細(xì)化劑添加量分別為0.1％和0.2％時(shí),純鋁的平均晶粒尺寸分別細(xì)化至146μm和82μm,其細(xì)

4、化效果優(yōu)于純Ti和Al-5Ti-1B細(xì)化劑。TiN/Ti晶粒細(xì)化劑在60 min內(nèi)抗衰退性能較好,晶粒尺寸長(zhǎng)大不超過30％,TiN/Ti細(xì)化劑優(yōu)良的細(xì)化效果和較好的抗衰退性能來(lái)源于納米TiN顆粒在鋁液中的分散性和穩(wěn)定性。
　　TiN/Ti晶粒細(xì)化劑對(duì)焊縫組織的細(xì)化有明顯的效果,對(duì)添加0.1％TiN/Ti細(xì)化劑的鋁片進(jìn)行焊接時(shí),焊縫組織以等軸晶為主,焊縫硬度明顯高于母材。TiN/Ti細(xì)化劑對(duì)再結(jié)晶過程中控制晶粒尺寸有積極的作用,40

5、％冷變形的工業(yè)純鋁經(jīng)250℃保溫處理1.0 h后,添加0.1％Ti粉的試樣晶粒長(zhǎng)大較為明顯,而添加0.1％TiN/Ti的試樣,因變形導(dǎo)致的晶粒取向性分布已消除,晶粒沒有明顯增粗,而且在晶界處形成新的再結(jié)晶晶粒,使組織得到進(jìn)一步細(xì)化。
　　TiN/Ti細(xì)化劑能明顯細(xì)化Al-4Cu合金的初生α相,添加0.2％TiN/Ti細(xì)化劑后α相平均尺寸細(xì)化至152μm,較未加細(xì)化劑試樣減小50％,其布氏硬度為47.5 HBS,較未添加TiN/Ti