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(diǎn),在航空航天、壓力容器和日用設(shè)施等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。隨著科技的不斷進(jìn)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(qiáng)度已經(jīng)不能滿足新的需求。與粗晶材料相比,超細(xì)晶與納米晶材料具有包括較高強(qiáng)度等非常優(yōu)異的物理化學(xué)性能與力學(xué)性能,高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)則是大塑性變形中細(xì)化能力最強(qiáng)的一種可以生產(chǎn)超細(xì)晶和納米晶材料的方法。高壓扭轉(zhuǎn)通過(guò)使圓片狀試樣在較高的壓力下進(jìn)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(jí),并通過(guò)位錯(cuò)增殖等微觀結(jié)構(gòu)演變,使材料的強(qiáng)度與硬度等性能顯著提高。但是位錯(cuò)密度的提高會(huì)使得超細(xì)晶和納米晶材料內(nèi)部極不穩(wěn)定,在使用溫度升高時(shí)面臨微觀結(jié)構(gòu)演變以及優(yōu)異性能消失等難點(diǎn),因此,研究高壓扭轉(zhuǎn)純Al和不同成分Al-Mg合金的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)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(duì)象,通過(guò)使用高壓扭轉(zhuǎn)對(duì)其進(jìn)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(duì)高壓扭轉(zhuǎn)純Al和不同成分的Al-Mg合金的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)以及顯微硬度測(cè)試等方法,對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)純Al和不同成分的Al-Mg合金的力學(xué)性能進(jìn)行探究。最后通過(guò)退火處理,結(jié)合X射線衍射、透射電子顯微鏡和差示掃描量熱法(DSC)等測(cè)試方法對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)純鋁和不同成分Al-Mg合金的熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析。所得結(jié)論如下:(1)高壓扭轉(zhuǎn)處理可以非常明顯的細(xì)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(zhuǎn)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(cuò)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(zhuǎn)純Al、Al-1.0Mg、Al-2.5Mg和Al-5.0Mg硬度分別是未進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的2.35、3.12、3.40和2.79倍,Al-5.0Mg合金的硬度會(huì)從高壓扭轉(zhuǎn)之前的72 HV增加到高壓扭轉(zhuǎn)之后的201 HV,增強(qiáng)硬度的作用非常明顯。隨著Mg含量的不斷提高,高壓扭轉(zhuǎn)Al-Mg合金的顯微硬度不斷增大。(2)高壓扭轉(zhuǎn)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(cuò)、非平衡晶界和位錯(cuò)胞等晶體缺陷,這會(huì)極大的推動(dòng)較大晶粒的分解,當(dāng)位錯(cuò)胞和亞晶之間的位向差不停的變大,最終就會(huì)實(shí)現(xiàn)從小角度晶界到大角度晶界的轉(zhuǎn)變,晶粒尺寸得到降低,實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。(3)高壓扭轉(zhuǎn)處理可以極大的提升純Al以及不同成分的Al-Mg合金的強(qiáng)度。在高壓扭轉(zhuǎn)前后,純Al的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度依次從45 MPa和75 MPa增長(zhǎng)到145MPa和200 MPa,AA5182合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度依次從115 MPa和255 MPa增長(zhǎng)到690 MPa和800 MPa。同時(shí),隨著Mg含量的增加,延伸率出現(xiàn)了劇烈下降。(4)高壓扭轉(zhuǎn)純Al、Al-0.5Mg、Al-1.0Mg、Al-2.5Mg、AA5182和Al-5.0Mg合金的層錯(cuò)能依次為103、101、96、72、42和37 mJ/m~(-2),呈不斷下降的趨勢(shì),層錯(cuò)密度隨Mg元素添加量增加而增加,從而在細(xì)晶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化的基礎(chǔ)上,產(chǎn)生層錯(cuò)強(qiáng)化,進(jìn)一步提高力學(xué)性能。(5)通過(guò)DSC分析可以發(fā)現(xiàn),高壓扭轉(zhuǎn)純Al、Al-1.0Mg和Al-5.0Mg合金在加熱過(guò)程中將會(huì)依次經(jīng)歷回復(fù)過(guò)程、再結(jié)晶過(guò)程、晶粒長(zhǎng)大過(guò)程和二次再結(jié)晶過(guò)程�？傮w而言,隨著Mg含量的增加,放熱峰出現(xiàn)的時(shí)間會(huì)提前,表明Mg含量較高時(shí),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(shí)間對(duì)于高壓扭轉(zhuǎn)純Al和Al-5.0Mg合金的回復(fù)過(guò)程均有重要的影響。退火溫度對(duì)于再結(jié)晶過(guò)程影響非常明顯。高壓扭轉(zhuǎn)純Al的退火溫度從125°C增長(zhǎng)到280°C時(shí),其晶粒會(huì)明顯粗化,晶粒尺寸從486 nm增長(zhǎng)到1130 nm,而高壓扭轉(zhuǎn)Al-5.0Mg合金隨著保溫時(shí)間從10分鐘增長(zhǎng)到90分鐘以及退火溫度上升到280°C時(shí),微觀結(jié)構(gòu)特征的變化與高壓扭轉(zhuǎn)純Al類似,只有在280°C時(shí)可以觀察到相鄰?qiáng)A角為120°的三叉晶界結(jié)構(gòu),這是明顯的局部再結(jié)晶特征。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG306;TG146.21
【部分圖文】：

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文尺寸，可以應(yīng)用于包括純金屬、合金以及復(fù)合材料等不同成分的物體，可塊體材料實(shí)驗(yàn)后內(nèi)部無(wú)空隙和雜質(zhì)等[13]。高壓扭轉(zhuǎn)有壓縮和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)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(duì)試樣施加軸向壓應(yīng)力，使試樣產(chǎn)生壓縮變后通過(guò)扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)是對(duì)試樣施加高壓環(huán)境并通過(guò)旋轉(zhuǎn)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(xì)化晶粒，獲得超織。

圖 2.2 高壓扭轉(zhuǎn)設(shè)備Fig.2.2 Machine of high pressure torsion性能測(cè)試與表征 金相組織分析對(duì)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(xué)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(dòng)顯微硬度計(jì)，對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)純鋁和不同成g 合金以及不同退火狀態(tài)的試樣進(jìn)行顯微硬度測(cè)試。顯微硬度測(cè)試時(shí)

高壓扭轉(zhuǎn)純 Al 和 Al-Mg 合金的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性。 D8 ADVANCE 型德國(guó)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(jié)構(gòu)表征，圖 2.3 為 Tecnai G2 型透射電子顯微鏡。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2859150