资源描述：
第5 9 卷第l 期 2 0 07 年2 月 有色金属 N o n f e l ．r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 9 ，N o ．1 F e b r u a r y 2007 A l T i B 和A l T i C 对变形铝合金8 011 晶粒 细化及力学性能的影响 赵文军1 ，刘操1 ，夏天东1 ，田亚斌2 1 ．甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州理工大学，兰州7 3 0 0 5 0 ； 2 ．兰州连城铝业有限责任公司，兰州7 3 0 3 0 0 摘要研究进口础．T i ．B 和自制m ．T i ．c 晶粒细化剂对变形铝合金8 0 1 1 的晶粒尺寸和力学性能的影响。结果表明，m ．T i ． C 晶粒细化剂细化后的8 0 1 1 铝合金的晶粒尺寸显著减小，抗拉强度和延伸率都得到了不同程度的提高。 关键词金属材料；晶粒细化剂；铝合金；抗拉强度；延伸率 中图分类号T G l l 3 ．2 5 ；T G l 4 6 ．2 1 ；T G I l 3 ．1 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 1 0 0 2 5 0 3 变形铝合金铸锭的质量不仅决定它能否顺利通 过压力加工工艺过程，而且对半成品的组织和性能 有遗传影响[ 1 | 。铸锭的质量包括很多内容，而晶粒 度是一个重要指标，均匀细小的晶粒组织被认为是 最佳的组织。它有一系列优点，如铸造时形成铸锭 裂纹的倾向性小，有较高的抗拉强度、延伸率等[ 2 】2 。 为了提高8 0 1 1 铝合金铸锭及半成品的质量，进行了 添加不同量趾一T i B 和灿一T i ．C 晶粒细化剂的试验。 1实验方法 试验用工业纯铝 含铝9 9 ．7 ％ 、纯镁、铝硅中 间合金及北京矿冶研究总院金属材料研究所研制的 铬、锰、铜、铁等金属添加剂配置8 0 1 1 铝合金。熔炼 后的8 0 1 1 合金成分如表1 所示。 表18 0 1 1 铝合金化学成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no f8 0 11a l u m i n u ma l l o y 成分 M g S iF eC uM nZ nA l 含量／％0 ．0 50 ．5 ～0 ．9 0 ．6 ～1 ．00 ．1 0 0 ．2 00 ．2 5 余量 在电阻炉石墨坩埚中融化一定量的8 0 1 1 合金， 7 2 0 ℃时加入细化剂，静置并保温2 m i n 后，摇匀并浇 注于石英底座的 3 0 r a m 5 0 m m 的柱形铁模中，水 冷后编号保存。 选取铸件底部为观察截面，铸态试样经粗磨、细 收稿日期2 0 0 5 0 9 2 2 基金项目国家“8 6 3 ”计划资助项目 2 0 0 3 A A 3 3 X 0 5 0 作者简介赵文军 1 9 6 8 一 ，男，兰州市人，高级工程师，工程硕士 主要从事材料加工及材料非平衡制备等方面的研究。 磨、抛光后，用5 ％的氢氟酸腐蚀5 ～1 0 s ，在金相显 微镜下观察其铸态组织形貌，并计算晶粒平均尺寸。 将加入细化剂的液态8 0 1 1 合金浇铸在 1 0 m m 1 0 0 m m 的柱模中，然后将铸态试棒加工成标准试 样，在万能试验拉伸机上进行拉伸试验，拉伸速度为 l m m ／m i n 。 2 试验结果及分析 2 ．1 对晶粒尺寸大小的影响 从图1 可以看出，加入进口～一T i B 细化剂和 自制魁一T i C 细化剂后的晶粒尺寸均随细化剂加入 量增加逐渐减小。当加入0 ．0 0 5 ％T i 的细化剂时， 两种细化剂均体现了较优异的细化效果，晶粒尺寸 已经达到了一级晶粒尺寸，大约在1 4 0 t t m 左右。直 至加入0 ．0 1 5 ％T i 的细化剂时，晶粒尺寸都随细化 剂加入量的增加相应地减小。当加入0 ．0 2 ％T i 和 0 ．0 2 5 ％T i 的细化剂时，自制A l T i C 细化剂就体现 出进一步细化晶粒的能力。当加入0 ．0 2 5 ％T i 的细 化剂时，自制舢．T i C 细化剂细化的8 0 1 1 变形铝合 E 葚 b 世 黧 疃 露 * 图1不同细化剂对晶粒大小的影响 F i g ．1 E f f e c to fr e f i n e r s0 ng r a i ns i z e 万方数据 2 6有色金属第5 9 卷 金晶粒尺寸已经达到5 0 t m a 左右。与进1 2 1A 1 一T i B 合金后的平均晶粒尺寸要小2 0 “ m 左右，见图2 。 细化剂相比，自制A 1 一T i C 细化剂细化8 0 1l 变形铝 a 一加入0 ．0 2 5 ％T i 进口A 1 ．T i ．B 细化剂； b 一加入0 ．0 2 5 ％T i 自制～．T i C 细化荆 图2 添加不同细化剂细化8 0 1 1 铝合金的微观组织 4 0 0 a 一w i t ha d d i n gi m p o r tA 1 - T i - Br e f i n e r ； b 一w i t ha d d i n gs e l f - f a b r i c a t e dA I - T i Cr e f i n e r F i g ．2 M i c r o s t r u c t u r e so f8 0 1 1a l u m i n u ma l l o yw i t ha d d i n gd i f f e r e n tr e f i n e r s 2 ．2 对抗拉强度的影响 由表2 数据可知，随着细化剂加入量的增加，加 入A l T i B 和舢一T i C 细化剂后的材料的抗拉强度 也是逐渐的增大。当抗拉强度最大时，对应的晶粒 尺寸也是最小的，这与晶粒尺寸越细小，强度就越高 的理论是相符的。晶粒越细小，相同体积内的晶界 也就越多，材料发生变形时，位错滑移时绕过晶界所 需的能量也就越高，位错就不容易滑动，反映在宏观 上就是材料的抗拉强度高L 3 _ 5J 。从图2 可以看出， 对于加人相同量细化剂后的8 0 1 1 合金，加入A l T i C 细化剂要比加入砧一T i B 细化剂后的抗拉强度略 优。试验表明，加入舢一T i C 细化剂后的抗拉强度 最大可达1 3 1 ．2 3 M P a 。 表2 力学性能试验结果 T a b l e 2E x p e r i m e n tr e s u l to fm e c h a n i cp e r f o r m a n c e 2 ．3 对延伸率的影响 表2 数据显示，随着两种细化剂加入量的增加， 细化后合金的延伸率随之不同程度地增大。当细化 剂加入量达到0 ．0 2 5 ％T i 时，两种细化剂细化后的 合金延伸率达到最大值，A l T i B 细化后的延伸率达 到l O ％，趾一T i C 细化后的延伸率达到1 2 ．8 ％。此 时对应的晶粒尺寸也是最小的。而A l T i B 和A 1 一 T i - C 两种细化剂对比而言，A l T i C 晶粒细化剂对 提高材料延伸率的能力更大些，表现出材料延伸率 的值领略大于A l T i B 晶粒细化剂细化的合金。 试验结果说明，晶粒大小对金属或合金塑性和 韧性有重要的影响。一般说来，晶粒越细小，塑性也 越高。这是因为在相同外力的作用下，细小晶粒的 晶粒内部和晶界附近的应变程度相差较小，变形较 均匀，相对来说，因应力集中引起开裂的机会也较 小，这就有可能在断裂之前承受较大的变形量，所以 可得到较大的延伸率和断面收缩率[ 4 J 。同时，由于 细晶粒金属中的裂纹不易产生也不易扩展，所以在 断裂过程中能吸收了更多的能量，即表现出较高的 韧性。 3结论 1 加入进口A l T i B 细化剂和自制A l T i C 细 化剂后的晶粒尺寸均随细化剂加入量的增加逐渐减 小，自制A l T i C 晶粒细化剂与进口甜一T i B 细化剂 相比，细化后8 0 1 1 变形铝合金的平均晶粒尺寸要小 约2 0 t z m ，合金的抗拉强度略优，延伸率略大。 下转第4 5 页，C o n t i n u e dO I lP ．4 5 万方数据 第1 期刘志平等自生复合材料C u c r 合金的制备与性能 4 5 [ 7 ] 葛继平．形变铜基原位复合材料的研发进展[ J ] ．功能材料，1 9 9 9 ，3 0 2 1 2 9 1 3 2 ． [ 8 ] S h o u j i nS u n ，S h i g e k iS a k a i ，H i r o w oG S u t u k i ．E f f e c to fS io nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa sd r a w nC u 一1 5 C r i ns i t uc o m p o s i t e [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 ， 3 0 3 1 8 7 1 9 6 ． [ 9 ] B e r g ePM ．An e wt y p eo fh i g hs t r e n g t hh i g hc o n d u c t i v i t yc o p p e ra l l o yw i r e [ J ] ．W i r eJ o u r n a lI n t e r n a t i o n a l ，1 9 9 1 ， 1 1 6 2 6 4 ． [ 1 0 ] 周尧和，胡壮麒，介万奇．凝固技术[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 9 8 1 0 5 1 0 8 ． [ 1 1 ] 彭立明，毛协民，温宏权．凝固工艺对自生复合C u ．C r 合金电车线综合性能的影响[ J ] ．功能材料，2 0 0 1 ，3 2 2 1 5 8 1 6 0 ． [ 1 2 ] O h n oA ．C o n t i n u o u sc a s t i n go fs i n g l ec r y s t a li n g o tb yt h eO C Cp r o c e s s [ J ] ．J o u r n a lo fM e t a l s ，1 9 8 6 ，3 8 1 1 4 一1 6 ． F a b r i c a t i o na n dP e r f o r m a n c eo fI n - s i t uC o m p o s i t eM a t e r i a l L I UZ h i p i n g ．H U A N GH u i r u i n g ，D E N GS h u h u a F a c “l t yo fM a t e r i a l ，C r a a n g d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u5 1 0 0 9 0 ，C h i n a A b s t r a c t I n s i t uc o m p o s i t e sC u C ra l l o yi sp r e p a r e db yt h eh e a t e dm o l dc o n t i n u o u sc a s t i n gp r o c e s s ，t h em e c h a n i c a l p e r f o r m a n c ea n de l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t ya r em e a s u r e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c ea n d e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo ft h ep r e p a r e di n s i t uc o m p o s i t e sC u C ra l l o yw i t h1 ．81 ％C rc o n t e n ta r ee x c e l l e n t 。t h e C O n d u c t i v i t yr e a c h e st o8 1 ．7 ％I A C S ，a n dt h et e n s i l es t r e n g t hi s4 1 6M P a ，e l o n g a t i o ni su pt o2 8 ．6 ％w i t h o u t a n yc o l dt r a n s m u t a t i o ns t r e n g t h e n i n ga n dh e a t t r e a t m e n t ．T h i sC u b a s ei n s i t uc o m p o s i t ec a nb ep r o d u c e di n c o m m e r c i a lp r o c e s s ． K e y w o r d s c o m p o s i t em a t e r i a l ；c o p p e ra l l o y ；d i r e c t i o n a ls o l i d i f i c a t i o n ；s t r e n g t h ；c o n d u c t i v i t y 上接第2 6 页，C o n t i n u e df r o mP ．2 6 参考文献 【1 ] 张建新，钟建华．微量添加剂对铝合金晶粒细化的工艺探讨[ J ] ．轻合金加工技术，2 0 0 2 ，3 0 8 1 8 2 0 ． [ 2 ] 李建国，王亮．M T i C 中间合金细化剂研究的最新进展[ J ] ．轻合金加工技术，2 0 0 3 ，3 1 3 7 1 1 ． [ 3 ] 仲崇彩，于冬镇．～一T i ．B 晶粒细化剂细化效果的研究[ J ] ．轻合金／J n T 技术，1 9 9 7 ，2 5 6 1 5 1 7 ． [ 4 ] 蒙多尔福LF ．铝合金的组织与性能[ M ] ．王祝堂等译．北京治金工业出版社，1 9 8 8 3 9 6 3 7 4 ． [ 5 ] 王振卿，刘相法，边秀房．～一T i C 中间合金的相组成及其细化特性[ j ] ．铸造，2 0 0 1 ，5 0 6 3 1 6 3 2 0 ． E f f e c to fA 1 ．T i ．Ba n dA I ．T i ．Co nG r a i nR e f i n e m e n ta n dM e c h n i c a lP r o p e r t i e so f8 011A IA l l o y Z H A OW e n j u 胛1 ，L I UC a 0 1 ，X I AT i a n d o n 9 1 ，T I A NY a b i n 2 1 ．N a t i o n a lK e yL a b o r a t o r yo fN e wM a t e r i a lo fN o n f e r r o u sM e t a l so fG a n s uP r o v i n c e ，L a n z h o uU n i v e r s i t ya n dT e c h n o l o g y ， L 也n z h 。“7 3 0 0 5 0 ，C h i 咒。；2 ．L a n z h o “L i a n c h e n gA l u m i n u mC o ．L t d ，L a n z h o u7 3 0 3 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c to fA 1 一T i Bi m p o r t e da n dA 1 一T i Cm a d ei nl a b o r a t o r yo nt h eg r a i ns i z ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o f8 011a l u m i n u ma l l o yi si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eg r a i no f8 011a l u m i n u ma l l o yi sr e m a r k a b l y r e f i n e da f t e rt h ea d d i t i o no fA 1 一T i Cg r a i nr e f i n e r s ，a n dt h et e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o na r eb o t hi n c r e a s e di n s o m ee x t e n t ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；g r a i nr e f i n e r s ；a l u m i n u ma l l o y ；t e n s i l es t r e n g t h ；e l o n g a t i o n 万方数据
展开阅读全文
