納米TiN-Ti細(xì)化劑對(duì)純鋁及Al-4Cu合金組織與性能的影響.pdf

1、在鋁及鋁合金熔體中添加超細(xì)陶瓷顆粒可提供大量的彌散質(zhì)點(diǎn)以促進(jìn)非均質(zhì)形核,在凝固及軋制變形過(guò)程中均可使金屬及合金組織細(xì)化。該方法能克服內(nèi)生顆粒法在生成顆粒的數(shù)量及其大小方面的不確定性和難以把握性的缺點(diǎn),具有良好的可控性,適用于工業(yè)化生產(chǎn),近年來(lái)倍受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。但是,由于外加顆粒與金屬液的潤(rùn)濕性較差,一直制約著該細(xì)化技術(shù)的發(fā)展。因此,改善超細(xì)陶瓷顆粒與鋁液的潤(rùn)濕性,提高其形核能力,對(duì)細(xì)化鋁合金組織、發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)具有重要意義。

2、　　本文利用高能球磨法制備出一種微米級(jí)Ti包覆納米TiN顆粒的復(fù)合晶粒細(xì)化劑,研究了該細(xì)化劑對(duì)工業(yè)純鋁細(xì)化效果及細(xì)化機(jī)制,同時(shí)考察了細(xì)化劑對(duì)工業(yè)純鋁焊縫組織、變形再結(jié)晶組織與硬度以及阻尼性能的影響。在此基礎(chǔ)上,研究了該細(xì)化劑對(duì)Al-4Cu合金鑄態(tài)組織細(xì)化效果及固溶時(shí)效處理后組織和性能的影響,探討了納米TiN顆粒對(duì)時(shí)效過(guò)程的影響,取得了如下研究結(jié)果。
　　TiN/Ti細(xì)化劑對(duì)工業(yè)純鋁有明顯的細(xì)化作用,當(dāng)添加量為0.2wt％時(shí),鋁錠由

3、未加細(xì)化劑時(shí)粗大的柱狀晶區(qū)與中心粗等軸晶區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)等軸晶區(qū),且細(xì)化效果明顯優(yōu)于Ti粉。TEM分析結(jié)果顯示TiN顆粒嵌入α-Al晶粒,表明Ti改善TiN與鋁液的潤(rùn)濕性,可作為α-Al的有效襯底促進(jìn)形核。
　　對(duì)添加0.2wt%TiN/Ti細(xì)化劑的鋁片進(jìn)行焊接時(shí),焊縫組織以等軸晶為主,表明細(xì)化劑中的納米TiN能抑制焊縫柱狀晶的生長(zhǎng)。TiN/Ti細(xì)化劑對(duì)再結(jié)晶過(guò)程中控制晶粒尺寸有積極的作用。經(jīng)過(guò)變形再結(jié)晶處理后,添加0.2wt%TiN/

4、Ti細(xì)化劑的變形再結(jié)晶試樣硬度比未添加細(xì)化劑及添加Ti試樣的硬度值大,且TiN對(duì)晶粒增大有抑制作用。
　　在較小的應(yīng)變振幅內(nèi),三種試樣的阻尼曲線均為位錯(cuò)型阻尼-應(yīng)變譜,位錯(cuò)內(nèi)耗起主導(dǎo)作用。對(duì)比未添加細(xì)化劑、添加Ti及TiN/Ti細(xì)化劑的試樣,添加TiN/Ti細(xì)化劑的試樣的阻尼性能較好。在應(yīng)變振幅較大時(shí),三種試樣的阻尼曲線基本相同。
　　納米TiN/Ti復(fù)合細(xì)化劑對(duì)Al-4Cu的鑄態(tài)組織有明顯的細(xì)化效果,添加0.2wt%TiN

5、/Ti細(xì)化劑的α-Al相平均尺寸由161μm細(xì)化至131μm,且細(xì)化效果優(yōu)于純Ti。TiN顆粒加速了亞穩(wěn)態(tài)q'和q'相的析出,從而使加快固溶時(shí)效過(guò)程。經(jīng)過(guò)固溶時(shí)效處理后,添加TiN/Ti細(xì)化劑試樣的時(shí)效硬度峰值為125HV,比未添加細(xì)化劑試樣提高了19%,其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別比未添加細(xì)化劑的Al-4Cu合金試樣分別提高了103.1%和155.4%,且添加的TiN/Ti細(xì)化劑的試樣拉伸斷口形貌由未添加細(xì)化劑的韌窩-準(zhǔn)解理混合型斷口轉(zhuǎn)變