強(qiáng)變形誘導(dǎo)鋁合金析出相低溫回溶現(xiàn)象及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、在強(qiáng)變形過程中合金中第二相質(zhì)點(diǎn)（或析出相）的低溫回溶是一個(gè)新的、重要的微觀現(xiàn)象，對時(shí)效強(qiáng)化型合金制定新的熱處理技術(shù)原型具有潛在的重要意義。為了對這一現(xiàn)象有更深入細(xì)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(yàn)材料，對強(qiáng)變形誘導(dǎo)鋁合金析出相低溫回溶現(xiàn)象及應(yīng)用基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。試驗(yàn)得出： 鋁合金在

2、不同方式下的強(qiáng)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(guān)，是一個(gè)獨(dú)立于溫度之外的顯微組織新變化，但其效果與升溫回溶時(shí)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(gè)階段：析出相與位錯(cuò)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(shí)硬度變化規(guī)律。得出：在等值應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)變形量增至一定程度后硬度將出現(xiàn)飽和值；三是在強(qiáng)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(yīng)變范圍內(nèi)，硬度不出現(xiàn)飽和值。試驗(yàn)證實(shí)，含析出相的Al-Cu在強(qiáng)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(jié)果。由于界面結(jié)構(gòu)各異的析出相在強(qiáng)塑性變形過程中的回溶速度不同，導(dǎo)致硬度變化規(guī)律各不相同。 Al-Cu合金強(qiáng)塑性變形誘導(dǎo)析出相回溶后形成的過飽和固溶體，如果繼續(xù)進(jìn)行變形，當(dāng)變形量增大到一定程度后，將分解出析出相。此時(shí)，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(qiáng)塑性變形誘導(dǎo)析出相回溶形成的過飽和固溶體，在變形停止后再時(shí)效時(shí)，顯著加速再時(shí)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(guān)。當(dāng)加熱溫度足夠消除變形量產(chǎn)生的高應(yīng)力，則析出順序?yàn)檫^渡相→穩(wěn)定相；當(dāng)加熱溫度不能消除大變形產(chǎn)生的高應(yīng)力，而且晶粒超細(xì)化時(shí)，則再析出時(shí)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(qiáng)塑性變形方法和工藝的選擇具有直接的影響，試驗(yàn)得出：無論是在何種強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(guān)系的θ"析出相回溶所需要的應(yīng)變量最小，呈半共格關(guān)系的θ'析出相次之，呈非共格關(guān)系的θ相回溶所需要的應(yīng)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?jǐn)?shù)變化。在兩種強(qiáng)變形過程中都發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)變量的增加析出相尺

7、寸和體積分?jǐn)?shù)均下降。但θ'相在MAC變形中比在ECAP變形中尺寸及體積分?jǐn)?shù)下降的快。試驗(yàn)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(yàn)觀察與試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果后認(rèn)為：強(qiáng)變形過程中的應(yīng)變使析出相的應(yīng)變能和界面能升高是強(qiáng)變形誘導(dǎo)析出相低溫回溶的熱力學(xué)驅(qū)動力。Al-Cu合金在強(qiáng)塑性形變過程中出現(xiàn)的低溫回溶現(xiàn)象是強(qiáng)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(qiáng)變形過程中硬度變化規(guī)律與析出相低溫回溶之間的關(guān)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(xì)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(xì)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(xì)化程度又稍高于含θ析出相的試樣。 強(qiáng)變形后形成的細(xì)晶粒Al-Cu

9、合金，當(dāng)退火溫度低于約200℃時(shí)，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?jǐn)?shù)基本上沒有變化。只有在250℃退火1小時(shí)，才引起晶粒尺寸與高角晶界比例的增大。當(dāng)退火溫度低于200℃時(shí)，因強(qiáng)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(dāng)退火溫度超過250℃時(shí)，消除了基體的晶格畸變，才能在晶內(nèi)生成細(xì)小的介穩(wěn)定相（θ"、θ'）。 強(qiáng)變形誘導(dǎo)析出相低溫回溶現(xiàn)象在鋁合金上的應(yīng)