梯度结构5052铝合金结构性能研究文献综述

 2022-11-18 05:11

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引言

5052铝镁合金是典型的五系铝镁合金，加工方法有冷轧，拉伸，挤压等，从而生产各种板材或管棒线材。加工过程中随着位错等缺陷的增多以及温度的上升，会发生一定程度的回复和再结晶现象，在一定程度上细化了晶粒。为了有效地减小晶粒尺寸，进一步提高5052铝镁合金的综合性能，可采用剧烈塑性变形的方式对工件进行加工。目前常见的剧烈塑性变形(SPD)方法有等径角挤压(ECAP)、累积轧焊(ARB)、异步轧制(DSR)等工艺，在制备三维块体纳米金属材料方面实现了整体晶粒的细化，但在提高强度的同时不能保证其韧性。

一、5052铝镁合金

5XXX系铝合金是Al-Mg合金，主要合金元素是Mg。如图1.11)所示，在共晶温度724K时，Mg在铝中的固溶度最高，可达17.4％，但在室温下约为1.7％，即固溶度随温度的改变变化很大。Al的原子直径(2.86Aring;)要比Mg的原子直径(3.20Aring;)小，所以能形成强的固溶强化。Al-Mg合金中Mg的溶解度随温度的降低急剧减少，但是存在沉淀相难形核且核心少、尺寸大等因素使得Al-Mg合金的时效效果差，通常不能时效强化1)。

5052铝镁合金是典型的五系铝镁合金，镁含量在2.2-2.8％(质量百分数)，主要成分如表1.22)，质量轻，易加工成型，但不可热处理强化，是常见的低强度高韧性材料。典型的5052铝板拥有良好的耐腐蚀性，优良的焊接性能，冷加工性较好，而且具有中等强度。

表1.2 5052铝镁合金的主要成分（单位：wt％）2)

成分

Mg

Mn

Cr

Si

Fe

Cu

Zn

Al

含量

2.2~2.8

0.10

0.15~0.35

0.25

0.4

0.10

0.10

余量

二、剧烈塑性变形

剧烈塑性变形（SPD）方法已经被广泛应用于细化传统粗晶金属材料来制备块体纳米结构金属材料，以期望获得优异的力学性能3-6）。作为一种新兴的塑性变形方法，它在变形过程中引入相比于传统塑性变形大得多的应变量(传统塑性变形很难实现应变量大于1的真应变)，从而有效的将晶粒尺寸细化到亚微米或纳米量级，且保持块体样品的完整尺寸，这是剧烈塑性变形的一大特点，另外一个特点是通过控制几何参数，使得变形过程中产生的是有效的液体静压力7）。通过调整变形参数可有效控制样品的微观组织结构, 从而获得同时具有高强度与高塑性的块体纳米材料5,6）。

近年来超细晶粒（UFG）铝合金的结构应用吸引了很多关注，原因是它有望于制造出室温下无韧性退化的超高强度铝合金。早期的实验表明，大塑性变形工艺（SPD），如等径弯曲通道变形（ECAP）,8–12) 、累计轧合法（ARB）13–15) 和强烈扭转变形法（STS）16,17) 等在通过晶粒细化改善金属材料的强度方面效果显著。累计轧合法能够持续不断地大量生产工件，在该过程中，温轧温度下，重复对薄片进行切割、堆垛和轧合引起高塑性应变却没有发生几何变化，但由于需要极大的塑性变形和一些特殊工艺，ARB过程不适用于实际操作中用来生产块体材料。与此同时，超低温下的变形是一个很高效的用来生产UFG材料的方法。变形过程中对动态回复的抑制现象对超低温下变形引起的高密度的缺陷有保护作用。所以在低温退火过程中，由于高密度的位错堆积，较大的再结晶驱动力可能会使再结晶温度降低或使再结晶速度加快。所以超低温下的变形与其它SPD工艺相比，在室温或高温下获得超细晶所需的塑性变形量更少。因此，可以预见结晶温度下的变形聚集的大量储存能将成为动态回复发生的驱动力，随后可能减少ARB过程中为获得高强度超细晶所需循环次数。相应地，在与ARB过程温度范围相似的条件下，低温轧制和温轧的结合为我们制得变形少的超细晶的实验方法提供了一个新选择，本实验就是在这样设想的基础上进行的。

三、低温轧制与温轧的联合工艺

实验用铝合金由2.50%的镁、0.40%的铁、0.25%的硅、0.25%的铬、0.10%的铜、0.01%的锌和0.10%的锰元素构成。材料首先在613K下退火2小时，然后水冷淬火，最后得到65mu;m尺寸的晶粒。低温轧制和温轧的过程分两步完成，在不同条件下还要进行相应的拉伸性能测试和TEM观察，绘制轧片的硬度随温度变化曲线、应力-应变曲线、拉伸强度与伸长率关系曲线、不同加热速率下的DSC曲线并进行分析。

最后得到的关于低温轧制和温轧处理后的5052铝合金的微观结构演化和力学性能测试的结论是：

  1. 低温轧制和温轧处理的组合能得到比单一的低温轧制力学性能更好的样品。
  2. 大部分应力-应变曲线表示由于动态回复的原因，轧制温度的上升有效地抑制了拉伸强度的增长。然而448K时温轧与低温轧制处理能提高力学性能。这个值得注意的拉伸强度的增长归因于448K温轧过程中小析出相即微细析出相的形成。
  3. 温轧过程中小析出相的形成由镁在铝原子点阵中的扩散决定。

四、引用文献

1) 王祝堂，田荣璋．铝合金及其加工手册[M].长沙：中南大学出版社，2000.

2) 潘复生，张静．铝箔材料[M]．北京：化学工业出版社.2005.

3) Valiev R Z, Islamgaliev R K, Alexandrov I V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation[J]．Progress in materials science，2000，45(2)：103—189.

4) Zhilyaev A P, Langdon T G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications[J]．Progress in materials science，2008，53(6)：893—979.

5) Valiev R Z, Langdon T G. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement[J]．Progress in materials science，2006，51(7)：881—981.

6) Valiev R Z, Alexandrov I V, Zhu Y T, et al. Paradox of strength and ductility in metals processed bysevere plastic deformation[J]. Journal of Materials Research，2002，17(01)：5—8.

7) Valiev R Z, Estrin Y, Horita Z, et al. Producing bulk ultrafine-grained materials by severe plastic deformation[J]．Jom，2006，54(4)：33—39.

  1. R. Z. Valiev, N. A. Krasilnikov and N. K. Tsenev: Mater. Sci. Eng. A 137 (1991) 35–40.
  2. R. Z. Valiev, E. V. Kozlov, Yu. F. Ivanov, J. Lian, A. A. Nazarov and B. Baudelet: Acta Metall. Mater. 42 (1994) 2467–2475.
  3. M. Furukawa, Z. Horita, M. Nemoto, R. Z. Valiev and T. G. Langdon: Acta Mater. 44 (1996) 4619–4629.
  4. K. Neishi, Z. Horita and T. G. Langdon: Mater. Sci. Eng. A 325 (2002) 54–58.
  5. S. Lee, A. Utsunomiya, H. Akamatsu, K. Neishi, M. Furukawa, Z. Horita and T. G. Langdon: Acta Mater. 50 (2002) 553–564.
  6. Y. Saito, N. Tsuji, H. Utsunomiya, T. Sakai and R. G. Hong: Scr. Mater. 39 (1998) 1221–1227.
  7. N. Tsuji, Y. Saito, H. Utsunomiya and S. Tanigawa: Scr. Mater. 40 (1999) 795–800.
  8. N. Tsuji, Y. Ito, Y. Saito and Y. Minamino: Scr. Mater. 47 (2002) 893– 899.
  9. R. Z. Abdulov,R. Z. ValievandN.A. Krasilnikov:J. Mater.Sci. Lett.9 (1990) 1445–1447.
  10. R. Z. Valiev, Yu. V. Ivanisenko, E. F. Rauch and B. Baudelet: Acta Mater. 44 (1996) 4705–4712.

资料编号：[561725]

引言

5052铝镁合金是典型的五系铝镁合金，加工方法有冷轧，拉伸，挤压等，从而生产各种板材或管棒线材。加工过程中随着位错等缺陷的增多以及温度的上升，会发生一定程度的回复和再结晶现象，在一定程度上细化了晶粒。为了有效地减小晶粒尺寸，进一步提高5052铝镁合金的综合性能，可采用剧烈塑性变形的方式对工件进行加工。目前常见的剧烈塑性变形(SPD)方法有等径角挤压(ECAP)、累积轧焊(ARB)、异步轧制(DSR)等工艺，在制备三维块体纳米金属材料方面实现了整体晶粒的细化，但在提高强度的同时不能保证其韧性。

一、5052铝镁合金

5XXX系铝合金是Al-Mg合金，主要合金元素是Mg。如图1.11)所示，在共晶温度724K时，Mg在铝中的固溶度最高，可达17.4％，但在室温下约为1.7％，即固溶度随温度的改变变化很大。Al的原子直径(2.86Aring;)要比Mg的原子直径(3.20Aring;)小，所以能形成强的固溶强化。Al-Mg合金中Mg的溶解度随温度的降低急剧减少，但是存在沉淀相难形核且核心少、尺寸大等因素使得Al-Mg合金的时效效果差，通常不能时效强化1)。

5052铝镁合金是典型的五系铝镁合金，镁含量在2.2-2.8％(质量百分数)，主要成分如表1.22)，质量轻，易加工成型，但不可热处理强化，是常见的低强度高韧性材料。典型的5052铝板拥有良好的耐腐蚀性，优良的焊接性能，冷加工性较好，而且具有中等强度。

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