弥散强化铝合金的制备及性能研究
发布时间：2020-06-21 20:50
【摘要】：铝合金以轻质、高强、高导以及耐腐蚀等优良特性,被广泛用于电子电力、交通运输以及航空航天等领域。随着工业技术的发展,传统的铝合金的性能越来越难以满足工业领域对铝合金性能的需求。弥散强化铝合金以其较高的室温及高温强度、良好的导电导热性等优异的性能得到了人们的关注。本文采用粉末冶金工艺对铝粉进行球磨、烧结和热挤压以及拉拔,制备了性能优异的弥散强化铝合金。结果表明,制备的弥散强化铝合金性能优异,工艺简单,适合于规模化生产。以纯铝粉为原材料,进行球磨、烧结、挤压和拉拔,制备了高强高导弥散强化纯铝。铝粉球磨压制烧结后材料的密度达到98.8%,进过挤压之后达到100%。研究结果表明,球磨之后粉末氧含量增加,弥散相的含量增加,分布的均匀性也得到提高。通过挤压和拉拔之后,粉末原始颗粒边界被破坏,弥散相在基体中的分布趋于均匀,晶粒内部出现了较多细小的弥散相颗粒。通过TEM衍射花样确定弥散相为γ-Al2O3。由于弥散强化铝合金中含有大量的第二相氧化物颗粒,挤压时在第二相颗粒处发生位错塞积形核而产生再结晶,使得挤压之后材料的晶粒十分细小。冷拉拔时晶粒进一步细化,并且退火时弥散相阻碍晶界迁移,晶粒难以长大,因此其组织较为稳定。球磨之后的粉末拉拔至2mm并退火后,晶粒大小约为1pm。随着材料变形程度的加深,退火后的材料的强度逐渐提高,其强度的提高来源于晶粒的细化以及弥散强化相分布的均匀化。分别计算Hall-Petch效应以及弥散强化对强度的贡献值,计算结果表明随着变形程度的加深,弥散强化贡献的强度超过了细晶强化,弥散强化成为材料性能提升的主要原因。采用球磨粉末为原料制备的2#样品挤压拉拔至2mm进行退火之后,其抗拉强度和屈服强度分别为188MPa和172MPa,延伸率为19%,导电性达到了60.6%IACS,性能较为优异。采用粉末冶金工艺制备了弥散强化2024铝合金、2A50铝合金。以元素粉球磨为原料的2024铝合金烧结后相对密度达到99.0%。通过热挤压以及热处理之后,弥散强化2024铝合金的抗拉强度和屈服强度分别为606MPa和469MPa,延伸率为10.3%,并且其高温强度以及疲劳性能均十分优异。锻造的弥散强化2A50铝合金车轮经过热处理之后,材料的晶粒细小,抗拉强度和屈服强度分别为520MPa和392MPa,延伸率为14.5%,性能远超同样成分的铸锻2A50铝合金车轮。采用粉末冶金工艺制备了高合金化的弥散强化7系铝合金,其Zn含量达到10%；同时制备出了弥散强化7055铝合金。经过烧结之后,其相对密度均在99%以上,烧结致密度较高。制备的弥散强化7系铝合金性能及组织十分稳定,固溶温度及时间对材料的组织和性能影响不大,固溶温度的提高和时间的延长,晶粒大小不发生变化,抗拉强度的变化也较小。在最佳热处理工艺处理之后,高Zn含量的弥散强化7系铝合金抗拉强度已经超过800MPa,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为810MPa、770MPa和8%,其高性能来源于高合金化所带来的η’析出相的沉淀强化、弥散强化以及细晶强化。制备的弥散强化7055铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为744MPa、650MPa和9.3%,相比传统的7055铝合金其性能也有很大的提升,其抗拉强度提高了15%以上,其性能的提升来源于弥散强化和细晶强化。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF125.22
【图文】：
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本文编号：2724623
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
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