高強(qiáng)鋁合金鑄態(tài)組織中的li

高強(qiáng)鋁合金鑄態(tài)組織中的li

li是自然界最輕微的金屬，密度僅為0.534g/cm。近年來針對鋁鋰合金和7系鋁合金,學(xué)界已經(jīng)做出了大量的研究1u3000制備試樣實驗用鋁鋰合金成分見表1。首先將合金在保護(hù)氣氛爐中熔煉并澆鑄成鑄錠,經(jīng)過450℃×24h均勻化處理,將均勻化后鑄錠切塊軋制。軋制參數(shù)為:軋制溫度415℃,軋制速度3.8m/s,道次壓下量1mm,道次間保溫5min,總計進(jìn)行80%變形量熱加工,最后進(jìn)行總計30%的冷軋變形。軋板經(jīng)過450℃×90min+465℃×40min+475℃×20min三級固溶水淬后,在120℃電阻爐中放置24h進(jìn)行人工時效處理,通過使用X射線反射法繪制極圖和ODF截圖來進(jìn)行織構(gòu)分析,將熱處理好的板材沿著軋制方向切取拉伸試樣,進(jìn)行室溫拉伸實驗;最后用密度儀測量合金密度。2結(jié)果與分析2.1非平衡連鎖劑的成分顯微組織圖1為均勻化后的鋁合金鑄態(tài)金相組織圖。圖1(a)是較為典型的高強(qiáng)鋁合金鑄態(tài)組織,晶粒為較為清晰的等軸晶狀,晶粒大小呈不均勻分布,在晶界處有著一定數(shù)量的共晶非平衡相,存在著元素偏析的情況。與圖1(a)相比,添加Li元素后合金鑄態(tài)組織出現(xiàn)了嚴(yán)重的枝晶網(wǎng)絡(luò),同時還存在著嚴(yán)重的偏析現(xiàn)象。圖2是合金均勻化后的鑄態(tài)SEM顯微組織圖及EDS能譜分析,合金的SEM微觀組織圖基本與金相組織圖一致,兩種合金組織中均存在著不同程度的元素富集。添加Li后,合金的枝晶網(wǎng)絡(luò)變得愈加明顯,非平衡共晶相數(shù)量也隨之增多,成分偏析更為嚴(yán)重。由圖2(a)可以發(fā)現(xiàn),不含Li的高強(qiáng)鋁合金鑄態(tài)組織晶界處存在的少量的塊狀的非平衡共晶相,其主要由Al及少量的Zn原子構(gòu)成。由圖2(b)可以看出,含Li的高強(qiáng)鋁合金鑄態(tài)組織中這些非平衡共晶相主要含有Al和Cu,因而說明添加Li后會產(chǎn)生Cu原子偏聚的現(xiàn)象。圖3是合金均勻化態(tài)XRD圖。由圖3可見,不含Li的合金只出現(xiàn)了Al峰,含有1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的合金除Al峰外還出現(xiàn)了Li在熔體凝固結(jié)晶的過程中,熔體在固-液界面存在負(fù)的溫度梯度,然后沿某一方向形成樹枝晶圖4是合金經(jīng)軋制變形后的T6態(tài)金相組織。從圖中可以看出經(jīng)過變形后,合金的鑄態(tài)組織已經(jīng)消失,取而代之的是變形態(tài)的組織,相比于鑄態(tài)組織,變形態(tài)組織顯得更加均勻。圖4(a)是不含Li的合金T6態(tài)組織,可見經(jīng)過軋制變形后,金屬會朝著變形的方向流動,形成了纖維狀的組織,晶粒也在軋制外力下被拉長。圖4(b)是含有1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的T6態(tài)合金組織,其組織還是以軋制后形成的纖維狀組織為主,但與圖4(a)不同的是組織內(nèi)出現(xiàn)了一些較為明顯的細(xì)小的再結(jié)晶晶粒,同時相比于圖4(a)沿著軋制方向分布的黑色粗大的第二相粒子數(shù)量增多且分布更加密集,這些原本在鑄態(tài)聚集起來的連續(xù)第二相在軋制外力、晶粒變形的作用下破碎的愈加明顯,合金的顯微組織得到了較為明顯的細(xì)化。對于含有1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的變形時效態(tài)合金,密集的第二相粒子在形成大量畸變區(qū)域的同時會釘扎大角度晶界,降低晶界的遷移能力圖5是鋁合金軋制后T6態(tài)的XRD衍射圖譜。由圖5可見,不含Li的T6態(tài)合金除了Al峰外還出現(xiàn)了MgZn2.2密度下降了2.3%圖6是高強(qiáng)鋁合金T6態(tài)的密度變化圖。從圖中可以看出,增加1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))后,合金密度下降了約3%。圖7是高強(qiáng)鋁合金板材T6態(tài)力學(xué)性能圖。從圖中可以看出添加Li后抗拉強(qiáng)度和伸長率下降。不含Li的合金強(qiáng)度為606MPa,伸長率為11.6%;含1%Li的合金強(qiáng)度為596MPa,伸長率為8%。高強(qiáng)鋁合金是一種典型的時效強(qiáng)化合金,其起主要強(qiáng)化作用的是MgZn2.3晶粒面為硬脆材料的pla圖8是含有1%Li的鋁合金T6態(tài)極圖。極圖中RD表示軋制方向,TD表示軋制面的截面方向,ND表示軋制面的法線方向,等密度線越密集則極密度越大,即合金中存在著更多的該極點對應(yīng)的晶體學(xué)取向。圖8可以看出,合金在經(jīng)過軋制后,大量的極點聚集在(011)面上,這表明板材中大多數(shù)的晶粒的(011)面平行于軋面,因此主要形成了平行于軋面的黃銅型{011}<211>B織構(gòu)。9是含有1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋁合金T6態(tài)ODF取向圖。由于極圖本身是以二維的形式來描述晶體在三維空間的取向,為了更加準(zhǔn)確的來描述晶體取向,采用由極圖計算得到的ODF三維空間取向函數(shù)。ODF圖采用恒φ合金在經(jīng)過軋制后,黃銅型B織構(gòu)、S織構(gòu)、銅型C織構(gòu)形成了面心立方晶體中存在的典型的軋制織構(gòu),此外還有少量的再結(jié)晶立方織構(gòu)Cube{001}<100>,這表明合金組織中主要存在著大量的變形晶粒,其次有一些再結(jié)晶晶粒。合金的再結(jié)晶晶粒取向與變形態(tài)晶粒取向存在著一定的熱力學(xué)關(guān)系,由于再結(jié)晶立方織構(gòu){001}<100>與S織構(gòu){213}<634>擁有著40°<111>的取向關(guān)系,在這種取向關(guān)系下,晶界具有最快的移動速率3高強(qiáng)鋁合金的再結(jié)構(gòu)化(1)在高強(qiáng)鋁合金里添加1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))后的鑄態(tài)組織中會出現(xiàn)嚴(yán)重的枝晶網(wǎng)絡(luò)并引起Cu原子的偏聚,從而產(chǎn)生Li(2)在高強(qiáng)鋁合金中添加1%Li(質(zhì)量分?jǐn)?shù))能夠使得合金的密度下降3%左右。同時添加Li后由于強(qiáng)化相數(shù)量減少以及出現(xiàn)的大量粗大粒子使得合金力學(xué)性能變差,強(qiáng)度