粉末粒度对快速冷凝铝锂合金性能的影响

来源:用户上传      作者: 邓俊彦

　　摘 要：研究了粉末粒度对快速冷凝铝锂合金性能的影响，结果表明，合金的塑性先随着粉末粒度的减小而升高，而后又随着粉末粒度的减小而下降，其中，经250～300目筛分的合金粉末制备的合金综合力学性能最好。
　　关键词：快速冷凝 铝锂合金 粉末粒度 力学性能
　　中图分类号：TG132.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0073-01
　　快速冷凝条件下制备的铝锂合金粉末，处于非平衡结晶状态，Li、Zr等合金元素的溶解度较高，晶粒较细，制备的合金比强度和比模量较大，但由于表面氧化物的存在[1]，减弱了合金颗粒间的结合力，影响合金的最终力学性能。
　　1 材料和实验方法
　　制备了成分为Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr的快速冷凝铝锂合金粉末，分为5种，1#（+100目），2#（100～250目），3#（250～320目），4#（320～500目），2#（-500目），合金粉末经冷压、真空除气、真空热压，然后再400 ℃下挤压成材，挤压比为44∶1。挤压成型的合金在525 ℃固溶40 min，水淬，然后170 ℃/4 h+190 ℃/24 h双级时效处理。
　　2 实验结果
　　2.1 粉末特性
　　通过测量不同粒度下的二次枝晶臂间距（DAS），可以得到粉末粒度与DAS之间的关系（见图1），根据DAS与冷却速度之间的关系[2]，可估算出合金冷却的速度为105～106k/s。
　　2.2 力学性能
　　不同粉末粒度制备的合金力学性能见（见图2），结果表明，粒度为250～320目的粉末制备的合金有较好的综合力学性能，具有较高的强度，σb为516 MPa，σ0.2为435 MPa，同时，它的塑性高于其它粒度的，δ为7.4%。
　　3 讨论
　　3.1 粉末粒度对合金强度的影响
　　快速冷凝Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr合金的强化来自以下几个方面：合金元素的固溶强化；Al3Li、Al2CuMg的析出强化；Al3Zr粒子引起的细晶强化；快速冷凝产生的合金元素固溶度的提高和较细的枝晶。
　　图1所示，合金粉末粒度越小，二次枝晶臂间距也越小，尽管枝晶组织在真空热压过程中会粗化或合并长大，但由于Al3Zr粒子的存在，这种粒子与基体共格，能有效地阻止晶粒长大，因此，细晶强化和亚晶强化是快速冷凝铝锂合金的一个重要强化因素，对于同一成分，同一处理态的合金，合金粉末粒度越小，晶粒也越细，按照Hall-Patch理论：
　　σr=σ0+kd-1/2
　　（σ0、k为常数，σr为合金强度，d为晶粒或亚晶尺寸）
　　晶粒越细，其所导致的细晶强化和亚晶强化越明显。这与图2所示的实验结果是一致的。
　　3.2 粉末粒度对合金塑性的影响
　　快速冷凝铝锂合金塑性主要受以下几方面影响：晶粒尺寸，合金的强化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布，粉末颗粒间的氧化物的数量、分布。不同粒度，同一成分，同一处理态的合金，合金的强化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布无明显差别；晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目多，则在同样塑性变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应力集中引起的开裂机会较少，有可能在断裂之前承受较大的变形量，表现出较高的塑性。然而，粉末越细，比表面积越大，粉末越容易氧化，颗粒间的氧化物越多，减弱了颗粒间的结合力，合金在变形过程中，易在颗粒结合处断裂。上述几种综合因素影响的结果，合金塑性表现为先随粉末粒度的减小逐渐上升，而后又下降。
　　4 结语
　　（1）快速冷凝铝锂合金的粉末粒度与DAS之间的关系为线性关系，合金冷却的速度为105～106k/s。
　　（2）快速冷凝铝锂合金粉末越细，所制备的合金强度越高，合金塑性表现为先随粉末粒度的减小逐渐上升，而后又下降，粒度为250～320目的粉末制备的合金有较好的综合力学性能。
　　（3）快速冷凝铝锂合金粉末颗粒间的氧化物对合金的性能有十分重要的影响。
　　参考文献
　　[1] Y-W Kim.W.M.Grifith and F.H.Froes.“Surface Oxides in P/M Alloys”[J].JOURNAL OF MATERIALS，1985：27-33.
　　[2] 张荣生.快速凝固技术[M].北京：冶金工业出版社，1994.
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