表面機(jī)械研磨處理對(duì)5182鋁合金顯微組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、通過(guò)近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),梯度納米結(jié)構(gòu)材料具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)以及所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異性能。表面機(jī)械研磨處理(Surface Mechanical Attrition Treatment,簡(jiǎn)稱SMAT)作為表面自身納米化技術(shù)之一,它能夠有效的提高材料的力學(xué)性能,采用表面機(jī)械研磨處理可以克服鋁合金表面性能的不足,提高材料整體的性能,延長(zhǎng)使用壽命。因此,本工作對(duì)兩種不同晶粒尺寸5182鋁合金進(jìn)行了表面機(jī)械研磨處理。采用電子背散射衍射(EBSD)、X-

2、射線衍射儀(XRD)、掃面電子顯微鏡(SEM)及顯微硬度、單軸拉伸等測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)研究了表面機(jī)械研磨處理后不同晶粒尺寸5182鋁合金的顯微組織和力學(xué)性能特征。
　　得到的主要研究結(jié)論有：
　　1.顯微組織方面,對(duì)細(xì)晶(連鑄連軋)和粗晶(傳統(tǒng)軋制)5182鋁合進(jìn)行X-射線衍射,對(duì)X-射線衍射圖標(biāo)定后,其結(jié)果表明：可以發(fā)現(xiàn)細(xì)晶和粗晶的5182鋁合金SMAT處理前后都為Al單相合金,而且都只有面心立方結(jié)構(gòu)所特有的晶面(111)、(2

3、00)、(220)、(311)和(222),細(xì)晶和粗晶5182鋁合金在SMAT處理前后都著很強(qiáng)的晶面(111)和(200)。經(jīng)SMAT處理1 min后,細(xì)晶和粗晶5182鋁合金表面的平均晶粒尺寸達(dá)到最小,分別為65.7nm和70.1nm,相對(duì)應(yīng)的微觀應(yīng)變分別為0.17％和0.15%。
　　對(duì)細(xì)晶和粗晶5182鋁合金進(jìn)行EBSD分析,其結(jié)果表明：細(xì)晶和粗晶5182鋁合金經(jīng)過(guò)SMAT處理后,合金表面的平均晶粒尺寸都有很大程度的細(xì)化,未

4、經(jīng)SMAT處理的細(xì)晶和粗晶5182鋁合金的平均晶粒尺寸分別為7μm和13μm,經(jīng)SMAT處理3 min后,細(xì)晶和粗晶5182鋁合金表面的納米層晶(～100nm)層分別為20μm和10μm,平均晶粒尺寸分別為5.6μm和12.5μm,分別減小了24%和4%。而且,經(jīng)過(guò)SMAT處理后,細(xì)晶和粗晶5182鋁合金的組織從材料的表面到材料的芯部呈現(xiàn)出梯度納米的結(jié)構(gòu)。同時(shí)可以看到細(xì)晶5182鋁合金在軋制方向,晶粒明顯被拉長(zhǎng),而粗晶5182鋁合金在軋

5、制方向上相對(duì)沒(méi)有那么明顯的被拉長(zhǎng),說(shuō)明連鑄連軋對(duì)5182鋁合金比傳統(tǒng)軋制對(duì)其的各異性更加有效。SMAT處理3min后,對(duì)細(xì)晶和粗晶5182鋁合金的取向差有影響,使得大角晶界向小角晶界轉(zhuǎn)變。
　　2.力學(xué)性能方面,細(xì)晶(連鑄連軋)和粗晶(傳統(tǒng)軋制)5182鋁合金經(jīng)過(guò)SMAT處理后,板材的整體硬度都有一定的上升,且沿板材試樣表面到芯部方向形成了梯度下降的狀態(tài),未經(jīng)SMAT處理細(xì)晶和粗晶的5182鋁合金沿板材厚度方向分布均勻,分別在76

6、 HV和74 HV左右,SMAT處理細(xì)晶5182鋁合金后,距合金表面約100μm處硬度最高,顯微硬度高達(dá)94～103 HV,SMAT處理粗晶5182鋁合金后,距合金表面約80μmm處硬度最高,顯微硬度高達(dá)93-103HV。隨著SMAT處理時(shí)間的增加,板材的硬度也隨著增加。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn),細(xì)晶和粗晶5182鋁合金在SMAT處理前后,它們的硬度差異不大。
　　SMAT處理可以提升合金強(qiáng)度,但會(huì)在一定程度上犧牲合金的塑性。SMAT處理3m

7、in后,細(xì)晶和粗晶5182鋁合金的屈服強(qiáng)度分別提升了87.6%和82.2%。然而,隨著SMAT處理時(shí)間的進(jìn)一步增長(zhǎng),強(qiáng)度提升效果明顯減弱。而SMAT處理后,由于其良好的應(yīng)變硬化行為,5182鋁合金保持很好的塑性。由此,SMAT處理后不同晶粒尺寸5182鋁合金獲得了更好的強(qiáng)度-塑性配比。細(xì)晶和粗晶5182鋁合金的應(yīng)變硬化行為表現(xiàn)出相似的狀態(tài)。SMAT處理后,經(jīng)SMAT處理后的不同晶粒尺寸5182鋁合金的應(yīng)變硬化行為與未經(jīng)SMAT處理的有所

8、不同。應(yīng)變硬化Ⅱ階段：SMAT處理后的5182鋁合金的應(yīng)變硬化率比未經(jīng)SMAT處理的要低；應(yīng)變硬化Ⅲ階段：SMAT處理后合金的應(yīng)變硬化率比未經(jīng)SMAT處理的要高,且隨著SMAT時(shí)間的增長(zhǎng),應(yīng)變硬化率也隨之提高；而應(yīng)變硬化Ⅳ階段,SMAT處理后,合金的應(yīng)變硬化率更低,且隨著SMAT處理時(shí)間的增長(zhǎng),合金的應(yīng)變硬化率隨之降低。同時(shí),細(xì)晶和粗晶5182鋁合金的應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化能隨著SMAT處理時(shí)間的增加而下降,在SMAT處理3mmin后,