強變形誘導鋁合金析出相低溫回溶現(xiàn)象及應用基礎研究.pdf

1、在強變形過程中合金中第二相質(zhì)點（或析出相）的低溫回溶是一個新的、重要的微觀現(xiàn)象，對時效強化型合金制定新的熱處理技術原型具有潛在的重要意義。為了對這一現(xiàn)象有更深入細致的了解，本文通過硬度測試，透射電鏡（TEM）觀察分析，X射線衍射分析（XRD）及小角度X射線散射（SAXS）分析等方法，以Al-Zn-Mg-Cu、Al-Mg-Si、Al-Cu合金為試驗材料，對強變形誘導鋁合金析出相低溫回溶現(xiàn)象及應用基礎進行了研究。試驗得出： 鋁合金在

2、不同方式下的強烈塑性變形過程中都可發(fā)生析出相低溫回溶，此現(xiàn)象與溫度無關，是一個獨立于溫度之外的顯微組織新變化，但其效果與升溫回溶時的析出相回歸相同。析出相在低溫等徑角擠壓（ECAP）和多向壓縮（MAC）中的演變分四個階段：析出相與位錯的相互作用；析出相形態(tài)的改變；析出相破碎；析出相回溶。 在等徑角擠壓（ECAP）引起析出相回溶的研究資料中，出現(xiàn)合金硬度變化規(guī)律很不一致的現(xiàn)象。本文研究了Al-4.1％Cu合金在室溫ECAP，MAC

3、變形時硬度變化規(guī)律。得出：在等值應變ε=0.4-8.6范圍內(nèi)，硬度的變化規(guī)律有三種。一是在強變形過程中，試樣硬度隨變形量增大而上升，上升至一定程度后出現(xiàn)下降，下降至硬度谷值后重新上升；二是在強變形過程中，試樣硬度隨變形量增大不產(chǎn)生硬度下降，但當變形量增至一定程度后硬度將出現(xiàn)飽和值；三是在強變形過程中，試樣硬度隨變形量增大而一直呈上升趨勢，在較大的等值應變范圍內(nèi)，硬度不出現(xiàn)飽和值。試驗證實，含析出相的Al-Cu在強變形過程中，其硬度變化是

4、加工硬化與析出相回溶軟化的綜合結果。由于界面結構各異的析出相在強塑性變形過程中的回溶速度不同，導致硬度變化規(guī)律各不相同。 Al-Cu合金強塑性變形誘導析出相回溶后形成的過飽和固溶體，如果繼續(xù)進行變形，當變形量增大到一定程度后，將分解出析出相。此時，析出相的析出順序與常規(guī)態(tài)過飽和固溶體分解的析出順序不同，過渡相析出被抑制，直接形成穩(wěn)定相。Al-Cu合金強塑性變形誘導析出相回溶形成的過飽和固溶體，在變形停止后再時效時，顯著加速再時效

5、析出過程，但析出相的析出順序與加熱溫度、變形量及變形后的晶粒尺寸相關。當加熱溫度足夠消除變形量產(chǎn)生的高應力，則析出順序為過渡相→穩(wěn)定相；當加熱溫度不能消除大變形產(chǎn)生的高應力，而且晶粒超細化時，則再析出時過渡相被抑制，直接生成穩(wěn)定相。 析出相低溫回溶速度對鋁合金的強塑性變形方法和工藝的選擇具有直接的影響，試驗得出：無論是在何種強塑性變形方式下，析出相的回溶都需要在一定的變形量下才能發(fā)生，相同類型或不同類型的析出相其回溶速度均隨變形

6、量的增大而增加；不同類型相界面結構的析出相在相同的變形方式下，回溶所需要的變形量不同。Al-Cu合金三種析出相中，與基體呈共格關系的θ"析出相回溶所需要的應變量最小，呈半共格關系的θ'析出相次之，呈非共格關系的θ相回溶所需要的應變量最大；相同相界面析出相在不同的變形方式下，回溶所需要的變形量不同。采用小角度X射線散射定量分析研究了θ'相在ECAP和MAC變形過程中的有效尺寸及體積分數(shù)變化。在兩種強變形過程中都發(fā)現(xiàn)隨著應變量的增加析出相尺

7、寸和體積分數(shù)均下降。但θ'相在MAC變形中比在ECAP變形中尺寸及體積分數(shù)下降的快。試驗表明，變形速率對析出相的回溶速度有影響。高變形速率的多向壓縮變形，Al-Cu合金三種析出相回溶需要的變形量比低變形速率所需的變形量小。 本文在綜合大量試驗觀察與試驗數(shù)據(jù)結果后認為：強變形過程中的應變使析出相的應變能和界面能升高是強變形誘導析出相低溫回溶的熱力學驅(qū)動力。Al-Cu合金在強塑性形變過程中出現(xiàn)的低溫回溶現(xiàn)象是強變形下引起析出相的自由

8、能增大值顯著大于母相自由能的增大值后，將出現(xiàn)的溶解自發(fā)過程。提出“畸變自由能假說”、“臨界晶核尺寸說”解釋低溫強變形過程中硬度變化規(guī)律與析出相低溫回溶之間的關系。 本文研究了Al-Cu合金在多向壓縮變形中析出相低溫回溶現(xiàn)象對晶粒細化和熱穩(wěn)定性的影響。得出：Al-Cu合金固溶態(tài)試樣在MAC變形過程中的晶粒細化速度明顯高于含析出相的試樣，含θ'析出相試樣的晶粒細化程度又稍高于含θ析出相的試樣。 強變形后形成的細晶粒Al-Cu

9、合金，當退火溫度低于約200℃時，固溶態(tài)、含θ'相與含θ相三種相態(tài)的試樣其晶粒尺寸與高角晶界的百分數(shù)基本上沒有變化。只有在250℃退火1小時，才引起晶粒尺寸與高角晶界比例的增大。當退火溫度低于200℃時，因強變形造成的基體品格畸變?nèi)匀淮嬖?，使未分解的過飽和回溶體在晶界上析出顆粒狀的θ穩(wěn)定相；只有當退火溫度超過250℃時，消除了基體的晶格畸變，才能在晶內(nèi)生成細小的介穩(wěn)定相（θ"、θ'）。 強變形誘導析出相低溫回溶現(xiàn)象在鋁合金上的應