【摘要】：5083鋁合金具有比較低的密度、較高的強度、較好的韌性、良好的耐蝕性等特點被廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、船舶、發(fā)射塔、鉆井平臺、裝甲車等領(lǐng)域。在輕量化、快速化、綠色化的要求下,現(xiàn)代航空航天和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)︿X合金的性能提出了更高的要求。其中,細晶化即制備具有超細晶或者納米晶組織的材料,是實現(xiàn)材料性能提升的一個發(fā)展方向。目前,粉末冶金方法是制備納米晶/超細晶材料行之有效的方法之一。本文先通過室溫機械球磨制備粉末,再利用熱等靜壓處理和熱擠壓制備塊體超細晶5083鋁合金材料。通過采用透射電鏡、掃描電鏡、X射線衍射、金相分析等檢測手段表征了粉末和塊體材料的微觀組織結(jié)構(gòu),同時研究了塊體材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性。研究了粉末和塊體材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。在惰性氣體氛圍保護下通過室溫機械球磨來制備5083鋁合金粉末。TEM觀察表明其微觀組織形貌是由等軸晶和拉長晶粒兩種形貌組成,其中大約60%為等軸晶,40%為拉長晶粒,晶粒尺寸分布范圍為20-150nm。熱等靜壓處理后,拉長晶粒減小到10%左右。其中,400℃熱等靜壓處理后(#24-1樣品)平均晶粒尺寸為176nm,325℃熱等靜壓處理后(#24-2樣品)平均晶粒尺寸為157nm。熱擠壓后#24-1樣品的平均晶粒尺寸達到371nm,#24-2樣品的平均晶粒尺寸達到322nm。同時TEM觀察到有第二相彌散分布在5083鋁基體中。研究了Scherrer方法、積分寬度法、Voigt函數(shù)法計算A15083的晶粒大小。Scherrer方法由于沒有考慮微觀應(yīng)變的影響,默認衍射峰產(chǎn)生的寬化全是由晶粒細化引起的,其計算出的晶粒尺寸普遍偏小。積分寬度法分為Cauchy-Cauchy、Gaussian-Gaussian、Cauchy-Gaussian三種方法。其中Cauchy-Cauchy方法假設(shè)晶粒細化和微觀應(yīng)變均接近柯西分布,計算結(jié)果偏大。Gaussian-Gaussian方法假設(shè)晶粒細化和微觀應(yīng)變均接近高斯分布,計算結(jié)果太小。Cauchy-Gaussian方法假設(shè)晶粒細化效應(yīng)接近柯西分布,微觀應(yīng)變效應(yīng)接近高斯分布,其計算結(jié)果更接近TEM統(tǒng)計結(jié)果,可以有效地計算晶粒大小。Voigt函數(shù)法中每條衍射線的計算結(jié)果都不同,取決于所選定的衍射線。研究了塊體超細晶A15083樣品的室溫拉伸性能。實驗結(jié)果表明#24-1樣品的屈服強度為490 MPa,抗拉強度為497MPa,斷后伸長率為8.7%。#24-2樣品的屈服強度為560 MPa,抗拉強度為566 MPa,斷后伸長率為6.3%,強度比傳統(tǒng)5083鋁合金材料有較大提高(60%左右)。斷口分析顯示其斷裂方式屬于微孔聚集型斷裂。在理論分析的基礎(chǔ)上半定量估算了各種強化機制對超細晶A15083材料強度的貢獻,結(jié)果表明其強化機制包括細晶強化、彌散強化、固溶強化、位錯強化,其中以細晶強化、彌散強化為主。研究了塊體超細晶A15083樣品的熱穩(wěn)定性。#24-1樣品在400℃下進行退火,硬度為129±0.44HV,較退火前降低了 3.7%。屈服強度、抗拉強度分別是469 MPa、472MPa,較退火前分別降低了 4.3%和5.0%。#24-2樣品在450℃下進行退火,硬度為138±0.61HV,較退火前降低了 3.5%。屈服強度、抗拉強度分別是505MPa、511MPa,較退火前分別降低了 9.8%和9.7%。#24-1樣品和#24-2樣品均表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。研究了塊體超細晶Al5083樣品的耐腐蝕性。結(jié)果表現(xiàn)出較大的差異性,其主要影響因素包括金屬表面的鈍化膜、合金元素、晶粒細化。
[Abstract]:5083 aluminum alloy is widely used in aircraft, automobile, ship, launching tower, drilling platform, armored vehicle and other fields because of its low density, high strength, good toughness and good corrosion resistance. Among them, fine-grained is to prepare materials with ultra-fine or nano-crystalline structure, which is a development direction to improve the performance of materials. At present, powder metallurgy method is one of the effective methods to prepare nano-crystalline/ultra-fine-grained materials. Bulk ultrafine grain 5083 aluminum alloy was prepared by extrusion. The microstructure of powder and bulk materials was characterized by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and metallographic analysis. The mechanical properties, thermal stability and corrosion resistance of bulk materials were studied. 5083 aluminum alloy powders were prepared by mechanical milling at room temperature under inert gas atmosphere. TEM observation showed that the microstructure of 5083 aluminum alloy powders was composed of equiaxed and elongated grains, of which about 60% were equiaxed grains, 40% were elongated grains, and the grain size distribution ranged from 20 nm to 150 nm. The average grain size of #24-1 sample after hot isostatic pressing at 400 (# 24-1 sample) is 176 nm, and that of # 24-2 sample after hot isostatic pressing at 325 (# 24-2 sample) is 157 nm. After hot extrusion, the average grain size of # 24-1 sample is 371 nm and that of # 24-2 sample is 322 nm. In aluminium matrix, Scherrer method, integral width method and Voigt function method are used to calculate the grain size of A15083. Because the effect of micro-strain is not taken into account, the broadening of default diffraction peak is caused by grain refinement, and the calculated grain size is generally small. The integral width method is divided into Cauchy-Cauchy, Gaussian-Gauss method. Cauchy-Cauchy method assumes that grain refinement and micro-strain are close to Cauchy distribution, and the results are larger. Gaussian-Gaussian method assumes that grain refinement and micro-strain are close to Gauss distribution, and the results are too small. The strain effect is close to the Gaussian distribution, and the calculated results are closer to the TEM statistical results, so the grain size can be calculated effectively. The calculated results of each diffraction line in Voigt function method are different, depending on the selected diffraction line. 90 MPa, 497 MPa tensile strength, 8.7% elongation after fracture. # 24-2 samples yield strength of 560 MPa, tensile strength of 566 MPa, elongation after fracture of 6.3%, strength than the traditional 5083 aluminum alloy material has been greatly improved (about 60%). Fracture analysis shows that the fracture mode belongs to microporous aggregate fracture. The results show that the strengthening mechanisms include fine grain strengthening, dispersion strengthening, solid solution strengthening and dislocation strengthening, among which fine grain strengthening and dispersion strengthening are the main ones. The yield strength and tensile strength were 469 MPa and 472 MPa respectively, which were 4.3% and 5.0% lower than those before annealing. The hardness of #24-2 sample was 138.61 HV and 3.5% lower than that before annealing. The yield strength and tensile strength were 505 MPa and 511 MPa, respectively, which were 9.8% and 9.7% lower than those before annealing. The corrosion resistance of bulk ultrafine grain Al5083 samples was studied. The results showed that the main factors affecting the corrosion resistance were passivation film on metal surface, alloy elements and grain refinement.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.21;TG379

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本文編號：2251058