機(jī)械球磨和熱擠壓制備超細(xì)晶5083鋁合金的微觀組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、5083鋁合金具有比較低的密度、較高的強(qiáng)度、較好的韌性、良好的耐蝕性等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶、發(fā)射塔、鉆井平臺(tái)、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(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)︿X合金的性能提出了更高的要求。其中，細(xì)晶化即制備具有超細(xì)晶或者納米晶組織的材料，是實(shí)現(xiàn)材料性能提升的一個(gè)發(fā)展方向。目前，粉末冶金方法是制備納米晶/超細(xì)晶材料行之有效的方法之一。本文先通過室溫機(jī)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(xì)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(cè)手段表征了粉末和塊體材料的微觀組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)研究了塊體材料的力學(xué)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(hù)下通過室溫機(jī)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(zhǎng)晶粒兩種形貌組成，其中大約60％為等軸晶，40％為拉長(zhǎng)晶粒，晶粒尺寸分布范圍為20-150nm。熱等靜壓處理后，拉

3、長(zhǎng)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(dá)到371nm，＃24-2樣品的平均晶粒尺寸達(dá)到322nm。同時(shí)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(jì)算Al5083的晶粒大小。Scherrer方法由于沒有考慮微

4、觀應(yīng)變的影響，默認(rèn)衍射峰產(chǎn)生的寬化全是由晶粒細(xì)化引起的，其計(jì)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(shè)晶粒細(xì)化和微觀應(yīng)變均接近柯西分布，計(jì)算結(jié)果偏大。Gaussian-Gaussian方法假設(shè)晶粒細(xì)化和微觀應(yīng)變均接近高斯分布，計(jì)算結(jié)果太小。Cauchy-Gaussian方法假設(shè)晶粒細(xì)化效應(yīng)接近柯西分布

5、，微觀應(yīng)變效應(yīng)接近高斯分布，其計(jì)算結(jié)果更接近TEM統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以有效地計(jì)算晶粒大小。Voigt函數(shù)法中每條衍射線的計(jì)算結(jié)果都不同，取決于所選定的衍射線。
　　研究了塊體超細(xì)晶Al5083樣品的室溫拉伸性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明＃24-1樣品的屈服強(qiáng)度為490MPa，抗拉強(qiáng)度為497MPa，斷后伸長(zhǎng)率為8.7％。＃24-2樣品的屈服強(qiáng)度為560MPa，抗拉強(qiáng)度為566MPa，斷后伸長(zhǎng)率為6.3％，強(qiáng)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(chǔ)上半定量估算了各種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)超細(xì)晶Al5083材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，結(jié)果表明其強(qiáng)化機(jī)制包括細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化，其中以細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化為主。
　　研究了塊體超細(xì)晶Al5083樣品的熱穩(wěn)定性。＃24-1樣品在400℃下進(jìn)行退火，硬度為129±0.44HV，較退火前降低了3.7％。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別是469MPa、472MPa，較退火前分別降低了4.