5000系鋁合金由于其良好的耐蝕性、焊接性與加工性等優(yōu)點,在航空航天、壓力容器和日用設施等領域發(fā)揮著重要的作用。隨著科技的不斷進步與人類生活和工業(yè)生產(chǎn)需求的不斷提高,傳統(tǒng)的5000系鋁合金的強度已經(jīng)不能滿足新的需求。與粗晶材料相比,超細晶與納米晶材料具有包括較高強度等非常優(yōu)異的物理化學性能與力學性能,高壓扭轉技術則是大塑性變形中細化能力最強的一種可以生產(chǎn)超細晶和納米晶材料的方法。高壓扭轉通過使圓片狀試樣在較高的壓力下進行剪切變形,將圓片狀金屬材料的晶粒尺寸直接降至納米級,并通過位錯增殖等微觀結構演變,使材料的強度與硬度等性能顯著提高。但是位錯密度的提高會使得超細晶和納米晶材料內(nèi)部極不穩(wěn)定,在使用溫度升高時面臨微觀結構演變以及優(yōu)異性能消失等難點,因此,研究高壓扭轉純Al和不同成分Al-Mg合金的微觀結構、力學性能與熱穩(wěn)定性具有重要的作用和意義。本文以商業(yè)純Al、四種Al-Mg合金(Mg元素分別為0.5%、1.0%、2.5%和5.0%)和一種商用的AA5182鋁合金(Mg元素含量為4.1%)為研究對象,通過使用高壓扭轉對其進行形變處理,使用金相顯微鏡(OM)、X射線衍射(XRD)及透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段,對高壓扭轉純Al和不同成分的Al-Mg合金的微觀結構進行分析。通過拉伸實驗以及顯微硬度測試等方法,對高壓扭轉純Al和不同成分的Al-Mg合金的力學性能進行探究。最后通過退火處理,結合X射線衍射、透射電子顯微鏡和差示掃描量熱法(DSC)等測試方法對高壓扭轉純鋁和不同成分Al-Mg合金的熱穩(wěn)定性進行分析。所得結論如下:(1)高壓扭轉處理可以非常明顯的細化純Al和不同成分的Al-Mg合金并提高其硬度。經(jīng)XRD分析,高壓扭轉純Al和Al-5.0Mg合金的平均晶粒尺寸分別為164nm和46 nm,而位錯密度分別為0.16×10~(14) m~(-2)和4.46×10~144 m~(-2),有了明顯的增加。高壓扭轉純Al、Al-1.0Mg、Al-2.5Mg和Al-5.0Mg硬度分別是未進行高壓扭轉狀態(tài)的2.35、3.12、3.40和2.79倍,Al-5.0Mg合金的硬度會從高壓扭轉之前的72 HV增加到高壓扭轉之后的201 HV,增強硬度的作用非常明顯。隨著Mg含量的不斷提高,高壓扭轉Al-Mg合金的顯微硬度不斷增大。(2)高壓扭轉處理可以使純Al和不同成分的Al-Mg合金中分布著較多數(shù)量的位錯、非平衡晶界和位錯胞等晶體缺陷,這會極大的推動較大晶粒的分解,當位錯胞和亞晶之間的位向差不停的變大,最終就會實現(xiàn)從小角度晶界到大角度晶界的轉變,晶粒尺寸得到降低,實現(xiàn)晶粒細化。(3)高壓扭轉處理可以極大的提升純Al以及不同成分的Al-Mg合金的強度。在高壓扭轉前后,純Al的屈服強度和抗拉強度依次從45 MPa和75 MPa增長到145MPa和200 MPa,AA5182合金的屈服強度和抗拉強度依次從115 MPa和255 MPa增長到690 MPa和800 MPa。同時,隨著Mg含量的增加,延伸率出現(xiàn)了劇烈下降。(4)高壓扭轉純Al、Al-0.5Mg、Al-1.0Mg、Al-2.5Mg、AA5182和Al-5.0Mg合金的層錯能依次為103、101、96、72、42和37 mJ/m~(-2),呈不斷下降的趨勢,層錯密度隨Mg元素添加量增加而增加,從而在細晶強化和位錯強化的基礎上,產(chǎn)生層錯強化,進一步提高力學性能。(5)通過DSC分析可以發(fā)現(xiàn),高壓扭轉純Al、Al-1.0Mg和Al-5.0Mg合金在加熱過程中將會依次經(jīng)歷回復過程、再結晶過程、晶粒長大過程和二次再結晶過程�？傮w而言,隨著Mg含量的增加,放熱峰出現(xiàn)的時間會提前,表明Mg含量較高時,基體具有較高的晶界能,其熱穩(wěn)定性較差。(6)退火溫度和保溫時間對于高壓扭轉純Al和Al-5.0Mg合金的回復過程均有重要的影響。退火溫度對于再結晶過程影響非常明顯。高壓扭轉純Al的退火溫度從125°C增長到280°C時,其晶粒會明顯粗化,晶粒尺寸從486 nm增長到1130 nm,而高壓扭轉Al-5.0Mg合金隨著保溫時間從10分鐘增長到90分鐘以及退火溫度上升到280°C時,微觀結構特征的變化與高壓扭轉純Al類似,只有在280°C時可以觀察到相鄰夾角為120°的三叉晶界結構,這是明顯的局部再結晶特征。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG306;TG146.21
【部分圖文】：

江 蘇 大 學 碩 士 學 位 論 文尺寸，可以應用于包括純金屬、合金以及復合材料等不同成分的物體，可塊體材料實驗后內(nèi)部無空隙和雜質(zhì)等[13]。高壓扭轉有壓縮和扭轉兩個階段，其中試樣放在上沖頭和下沖頭之間，理如圖 1.1 所示。首先，上沖頭對試樣施加軸向壓應力，使試樣產(chǎn)生壓縮變后通過扭轉下模，使試樣的橫截面在摩擦力的作用下產(chǎn)生扭矩，試樣的內(nèi)剪切變形。因此，高壓扭轉是對試樣施加高壓環(huán)境并通過旋轉下模，由下產(chǎn)生摩擦力和剪切力，從而使材料發(fā)生劇烈塑性變形，細化晶粒，獲得超織。

圖 2.2 高壓扭轉設備Fig.2.2 Machine of high pressure torsion性能測試與表征 金相組織分析對金相組織分析使用的是Zeiss金相顯微鏡，以Keller試劑作為腐蝕劑[5eller試劑的化學成分為1%HF+1.5%HCl +2.5%HNO3+95%H2O。 顯微硬度使用 FM-ARS900 型全自動顯微硬度計，對高壓扭轉純鋁和不同成g 合金以及不同退火狀態(tài)的試樣進行顯微硬度測試。顯微硬度測試時

高壓扭轉純 Al 和 Al-Mg 合金的微觀結構、力學性能與熱穩(wěn)定性。 D8 ADVANCE 型德國產(chǎn) X 射線衍射儀(X-ray diffra 40 KV 的電壓， 200 mA 的電流，Cu 靶 Kα 線，6 0°的掃描范圍，掃描方式為連續(xù)掃描。顯微鏡分析nai G2 型透射電子顯微鏡和 JEM–2010 型高分辨透射結構表征，圖 2.3 為 Tecnai G2 型透射電子顯微鏡。
【參考文獻】

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本文編號：2859150