一種鋁基復(fù)合材料時效特性的研究終稿畢業(yè)論文-閱讀頁
2025-07-04 00:32本頁面
【正文】 50μm50μmc)d)b)a)圖31 鑄態(tài)不同倍數(shù)下的顯微組織織形貌呈枝晶狀，圖中的顯微組織Si( 黑色區(qū)域) 和Al Si ( 白色區(qū)域) 的分布狀況。圖32為鑄造鋁合金在500℃固溶后的顯微組織，與鑄態(tài)在顯微組織上相比有明顯的區(qū)別，沿晶界析出的共晶組織明顯減少了許多，特別是在圖c、d中可以清晰的看出晶界處的相已經(jīng)基本溶斷，看不出連續(xù)的共晶組織，經(jīng)固溶后的組織晶粒較鑄態(tài)有所增大。10μm10μmd)20μma)c)20μmb)圖32 500℃固溶不同冷卻方式顯微組織（a）空冷 （b）水冷 （c）空冷 （d）水冷 圖33分別是520℃、540℃、560℃下固溶水冷空冷組織圖。由于水冷時，冷卻速度高于其臨界冷卻速度，使得固溶的硅來不急從α相中析出，從而形成過飽和固溶體，產(chǎn)生固溶強化，但空冷的速度是低于臨界冷卻速度的，所以，在冷卻過程中，有部分溶入α相的共晶相又沿著邊界析出，使得晶界仍能明顯的辨別。圖c、d分別與圖a、b比較可知，540℃固溶和520℃固溶后的顯微組織沒有太大差別。圖g、h是在100倍下未腐蝕的照片，在比較低的倍數(shù)下看兩種不同冷卻方式的顯微組織，并沒有多大的差別，但在400倍下，從e、f圖對比，我們可以很清楚的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過水冷的晶界處的硅幾乎全部溶為球狀顆粒，細小均勻，而空冷的則有大有小，晶界處仍較為明顯；α相基體上分布的第二相粒子，由于水冷的冷卻速度快來不及析出，比空冷的少很多。在實驗過程中，固溶后在第一個時效溫度時效，再進行第二個溫度時效，需要進行重新固溶處理，防止由于時效后對試樣組織性能有一定的影響，這會使不同溫度下時效結(jié)果更具有可比度。10μm 圖34 一次固溶和三次固溶后的顯微組織圖35為該合金鑄態(tài)組織的XRD分析結(jié)果，其相組成主要為鋁基固溶體和硅。圖36 560℃固溶水冷后的XRD分析圖圖37 不同冷卻方式硬度隨固溶溫度變化曲線圖37為500℃，520℃，540℃，560℃，580℃五個溫度固溶硬度曲線。500℃空冷時硬度比鑄態(tài)低很多，試樣在500℃到540℃硬度上升較慢，但在540℃到560℃時硬度上升較明顯，在560℃達到峰值，對合金起到明顯的強化效果。在580℃就出現(xiàn)了過燒（如圖38所示），此組數(shù)據(jù)只供參考。50μm(a)580℃固溶空冷 (b) 580℃固溶水冷圖38 鋁硅合金過燒顯微組織b)a)圖39是經(jīng)過三次固溶處理的試樣用維氏硬度機測出的硬度曲線。圖39 固溶次數(shù)與水冷空冷硬度變化曲線 分析討論固溶影響鋁合金的硬度主要有兩個因素，顆粒強化和固溶強化，隨著溫度的升高，部分強化相溶解，使得顆粒強化的效果減弱，但由于形成固溶體，使得鋁合金產(chǎn)生固溶強化，由此可知要綜合兩個因素共同考慮，來解釋硬度的變化。水冷試樣在500℃固溶時，由于溫度較低，使得硅在固溶體中的溶解度較小，部分顆粒被溶解，但固溶強化效果還不明顯，所以與鑄態(tài)的硬度差別不大，隨著溫度的升高固溶強化逐漸加強，在520℃時硬度有所增高，在540℃，硬峰值出現(xiàn)，此時雖然部分顆粒增強的效果減弱，但固溶強化的效果達到最大，而在560℃時，由于硅的粗化以及部分晶界有輕微熔化，所以硬度有所下降。固溶溫度及冷卻方式的不同不僅對材料力學(xué)性能有影響，對材料的微觀組織也有很大影響，由圖可知，水冷試樣由于固溶使得第二相及其它合金元素充分溶入α相中，形成過飽和固溶體，在水淬時，由于冷卻速度達到臨界冷卻速度，使得合金中的過飽和元素來不及從中析出形成平衡相，而以偽共晶相存在，所以析出來的共晶硅顆粒較少，而空冷的試樣由于冷卻速度較小，使其中部分固溶的元素析出，在金相顯微鏡下就能看出有較多的析出相，但析出產(chǎn)生第二相的分布仍不是太均勻。如圖d中水冷的析出相數(shù)量少于c圖中空冷的量。a)b)c)d)圖312 固溶不同冷卻方式對200℃時效硬度的影響圖312是在200℃時效硬度曲線，空冷的試樣硬度隨著時效時間的延長總是低于水冷的，且在時效時間為1h時，空冷和水冷的硬度值都達到最大，達到峰值后都隨著時間的延長而硬度較明顯的下降，但在8h以后下降較緩慢；在500℃固溶的試樣，時效后水冷試樣與空冷試樣的硬度值有較大的區(qū)別，在520℃和540℃固溶的試樣，水冷與空冷的試樣硬度值的區(qū)別有所減小，在560℃時效的試樣，水冷與空冷的硬度值區(qū)別較不明顯。a)b)c)d)圖314 不同固溶冷卻方式對150℃時效硬度的影響如上圖314所示，在150℃時效，在一定的時效時間內(nèi)，水冷試樣的硬度值總是高于空冷試樣的硬度值，水冷試樣的硬度值在1h硬度變化不大，甚至有所降低，隨后上升速度有所加快，在10h或12h達到一個峰值，隨著時間的延長，硬度有所降低，在14h或在18h又會有第二個或第三個峰值，隨后硬度降低。圖a、b中150℃時效，空冷和水冷在1h硬度上升較緩慢，在14h或18h才達到硬度最大值；175℃和200℃時效時，試樣硬度在1h硬度上基本已達峰值。175℃和200℃時效時，在1h硬度有非常明顯的上升，部分圖上已達到硬度的最大值，150℃下時效，在14h以前有一個較緩慢的上升過程，在14h達到峰值，150℃下硬度的最大值高于175℃的硬度最高值，175℃下的硬度最高值高于200℃下時效獲得的硬度最高值。合金經(jīng)固溶淬火處理，形成溶質(zhì)原子和空位的雙重過飽和固溶體[11]。固溶處理是溶質(zhì)原子在熱激活條件下溶入基體中形成過飽和固溶體的過程。當(dāng)固溶溫度提高到540℃時，未溶相基本固溶完全，溶質(zhì)原子的溶入增量有限，殘存的一些高熔點的相難以進一步固溶，溶質(zhì)原子所帶來的固溶強化效果不大，隨著固溶溫度升高，晶界滑移速度加快，晶粒逐漸長大，引起再結(jié)晶，由于晶粒尺寸過大，導(dǎo)致合金硬度降低。時效處理時，合金元素沉淀的過程大多需要經(jīng)過以下四個階段：a． 形成GP區(qū)Ⅰ。b． 形成GP區(qū)Ⅱ。此時的合金強度再次提高。d． 形成穩(wěn)定相，出現(xiàn)的開始硬度達到最大，它與基體成半共格。人工時效是在一個較高溫度下進行的，在時效初期有一個停滯階段，硬度上升比較緩慢，稱為孕育期，如150℃水冷圖中所示的2小時內(nèi)的時效，幾乎硬度沒有上升，且某些固溶溫度下還有所下降，此處由于固溶強化的效果消失，但時效硬化還沒有太明顯，由于時效溫度較低，原子擴散較慢，且時效溫度低，過冷度也較小，這就會影響到沉淀強化相的形核，且影響到它的長大過程。但看200℃空冷水冷兩幅時效圖可知，由于時效溫度較高，擴散速度較快，第二相形核準(zhǔn)備時間縮短，使得孕育期消失，在第1小時硬度就達到最大，隨著時間變化硬度逐漸降低但達到一定時間硬度降低不再明顯,稱時效硬度達到極大值后出現(xiàn)下降的現(xiàn)象為過時效現(xiàn)象[13,14]。綜上所述，溫度越高，達到峰值的時間越短，但峰值較低，且孕育期越短；硬度隨著時間變化，先上升到峰值以后下降，可能有幾個峰值。（2）固溶溫度低于共晶溫度下，固溶溫度越高，時效后的硬度最高值也越大。（4）該成分合金在560℃固溶水冷，再經(jīng)過150℃時效10h獲得的硬度值最高。162。論文課題的選定、實驗及論文的成稿都凝聚著謝老師的心血。在學(xué)習(xí)上，謝老師對我嚴(yán)格要求，言傳身教，對本論文完成自始至終進行了具體指導(dǎo)。在畢業(yè)環(huán)節(jié)期間，材料學(xué)院老師對作者工作給予了大力支持。本論文的完成離不開濃厚的學(xué)術(shù)氛圍以及相互間有益的討論和啟發(fā)，感謝我們實驗小組的每位同學(xué)及孫力、薛忠華兩位研究生。
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