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三种铝合金组织及阻尼性能研究

罗兵辉  
【摘要】: 某些领域应用的铝合金不仅要求高的力学性能,为提高其隐蔽性、灵敏性及工作寿命,还要求具有一定的内耗性能。论文通过组织观察、力学性能及内耗性能测试研究了三种铝合金组织及内耗性能特征。 作为高耐蚀性能和内耗性能的Al-Mg-Mn系合金在舰船上应用十分广泛,论文第一部分研究了微量Sc、Zr对Al-6.0 Mg-0.5 Mn合金各状态(铸态,均匀化退火态,冷加工态,退火态)的组织、再结晶行为及内耗性能的影响,得出的主要结论是: (1)微量Sc、Zr(0.21Sc,0.15Zr)的加入显著细化Al-6.0 Mg-0.5 Mn合金铸态组织。形成的Al_3Sc_(1-x)Zr_x相在不同状态具有不同的分布形态,且其对位错、晶界、亚晶界有强烈钉扎作用,从而稳定Al-6.0 Mg-0.5 Mn合金组织,抑制合金再结晶。 (2)冷变形(变形率为54%)后经250℃/2h退火处理的Al-6.0Mg-0.5Mn-0.21Sc-0.15Zr合金的内耗表现出非线性特征,频率越低,或温度越高,合金内耗越大。在频率为1Hz、应变振幅为4.6×10~(-5)下,升温Q~(-1)-T曲线上在326℃产生内耗峰,该峰是由轧制过程及250℃/2h退火处理中产生的位错、细小的沉淀相Al_3Sc_(1-x)Zr_x相互作用引起的,可由Al_3Sc_(1-x)Zr_x沉淀粒子与位错脱钉机制解释。 (3)利用内耗谱可设计热处理工艺,经严重冷变形(变形率为80%)的Al-6.0Mg-0.5Mn-0.21Sc-0.15Zr合金,在~430℃时产生再结晶内耗峰,因此,以2℃/min速度从室温升温至~450℃,淬火后合金为细小且均匀分布的晶粒。 Al-Fe-Si系合金作为航空航天飞行器耐热材料亦要求具有一定的内耗性能,论文第二部分研究了喷射沉积Al-3.3Fe-10.7Si合金坯及其成型制品的组织及内耗性能特征,研究了挤压棒内耗与韧性相互关系,得出的主要结论是: (1)Al-3.3Fe-10.7Si合金沉积坯及其挤压试样在60~250℃出现内耗峰,内耗峰是由于晶界弛豫引起的,分布于晶界的Al_(12)Fe_3Si粒子和Al-Fe金属间化合物,阻碍晶界滑动。 (2)Al-3.3Fe-10.7Si合金挤压棒在360℃温度退火开始阶段,未完全脱溶的Al-Fe-Si或Al-Fe粒子主要在晶界脱溶,对晶界滑动钉扎力增大,内耗峰高度降低。360℃退火500min后,含Fe粒子完全析出,且其阻止基体晶粒和Si粒子长大,使合金内耗峰高度随退火时间延长基本不变。 (3)塑性较低的Al-3.3Fe-10.7Si合金内耗峰处亦出现韧性极值。在内耗峰位置,晶界滑动消耗振动能,合金韧性高。 Al-Zn共析合金具有超塑性及高的内耗性能,但Sc、Zr对Al—Zn合金组织、超塑性及内耗性能的影响未见报道,论文第三部分研究了微量Sc、Zr对Al-Zn共析合金组织、超塑性及内耗性能的影响,主要结论是: (1)在20~250℃温度范围内,微量Sc和Zr(0.55wt.%Sc;0.25 wt.%Zr)显著提高Al—Zn共析合金的内耗性能,稳定合金室温内耗性能,使晶界内耗峰峰高减小,峰位相对Al—Zn共析合金向低温移动约20K。Al_3(Sc、Zr)粒子强烈钉扎晶界,阻止晶界滑移及迁移,使晶界内耗峰峰高减小;随时间延长,基体晶粒粗化小,合金室温内耗稳定性提高。 (2)Al—Zn共析合金的晶界内耗峰的激活能104 kJ/mol与Al的晶界自扩散激活能101kJ/mol几乎相等,晶界内耗峰峰温(499K)与超塑性最大的温度一致,Al—Zn共析合金的超塑性变形与晶界内耗峰机制一样主要归因于Al的扩散引起的晶界滑移。


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