块体纳米铝合金的微观组织演变与力学性能

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1、摘要摘要本文采用低温(液氮)球磨法制备纳米晶7XXX系铝合金粉末，然后采用真空热压和热挤压致密化成形，从而成功获得块体纳米晶铝合金。以低温球磨(前者)和低温球磨后再经室温高能球磨(后者)所得两种纳米晶粉末在致密化成形各个阶段的对比为线索，采用金相、SEM、XRD、TEM等分析测试方法对纳米晶粉末及其在成形各个阶段中的微观组织演变进行了分析和研究，对制备出的块体纳米晶铝合金的力学性能和变形行为特征做了初步的分析和讨论。采用自行研制的低温球磨设备成功制得纳米晶铝合金粉末，X射线衍射法测量计算表明，粉末的平均晶粒尺寸为48nm。粉末在300℃、400。C和5

2、006C分别真空保温1h后，TEM观察发现其晶粒大小仍在100nm水平，这表明该粉末具有良好的热稳定性。低温球磨纳米晶粉末经过高能球磨处理，可实现晶粒完全纳米化、粉末致密化以及粉末颗粒形貌与粒度分布的优化。采用真空热压方法成功地将两种纳米晶粉末成形为纳米晶块体，两者致密度都比较高，但含有少量微孔洞，其中的析出相全部是MgZn2相。TEM观察表明，前者晶粒尺度多数在50～200nm范围，而后者晶粒更加细小而均匀，多数在100nm以下。两种热压态纳米晶块体热挤压后致密性良好，无明显裂纹和孔洞存在，显微组织细小，粉末之间结合良好，其中后者致密度更高，组织更加

3、细小。前者多数晶粒大小在200～300nm范围，而后者则在100～300nm范围。两者析出相均主要为MgZn2相，其中前者还存在少量的CuAl2和A12CuMg相。前者存在较多Cu偏聚区和少量富Cu或富zn的晶粒或第二相，而后者不存在Cu偏聚区，多数晶粒为a—Al固溶体晶粒。挤压态纳米晶块体拉伸试验结果表明，前者的ab在370～400MPa范围，oo2在300MPa左右，6为9～13％，、I，为13～22％，断口呈韧性断裂特征；后者的ob和602分别比前者提高约150～200MPa和200～250MPa，但6下降到4％左右，断口呈脆性断裂特征。两者对比

4、表明，室温高能球磨处理可以提高挤压态纳米晶块体的强度，但不利于塑性。T6热处理后，后者产生了严重的裂纹和孔洞，而前者形成的微裂纹和孔洞不明显。拉伸试验结果表明，前者的哪和an2分别比挤压态提高约280～330MPa和摘要320～400MPa，但6和v分别下降到3～4％和3～6％，断口呈局部韧性断裂和脆性断裂相混合的特征：后者强度提高不大，塑性很差，拉伸断151上存在大量裂纹和空洞。低温球磨纳米晶纯铝试验表明：与原始粉末成形所得试样相比，纳米晶粉末成形所得试样的强度提高约60％，且经过退火处理后，强度变化不大，这表明低温球磨纳米晶纯铝粉末所得块体纳米晶强

5、化作用明显、热稳定性良好。关键词：纳米晶铝合金，块体，低温球磨，微观组织，力学性能一2一AbstractMicrostructuralEvolutionsandMechanicalPropertiesofBulkNanocrystallineAluminumAlloyNanocrystalline7XXXseriesaluminumalloypowderswerefabricatedbyliquidnitrogencryogenicballmillingandconsolidatedintobulknanocrystallinealuminumallo

6、ybyvacuumhot—pressingandthenhot—extrusion．Twokindsofpowders，bycryomilling(theformer)andhigh—energyballmillingatroomtemperatureaftercryomilling(thelatter)，wereusedtosynthesizebulknanocrystallinealuminumalloyandstudiedasaclueinthisthesis．Microstructuralevolutionsofthealuminumalloy

7、inthetotalprocessofpreparingthenanocrystallinebulkwereexaminedusingopticalmicroscopy(OM)，scanningelectronmicroscopy(SEM)，x·raydiffraction(xRD)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM)．Andthemechanicalpropertiesanddeformationbehaviorsofthebulkalloyweresimplydiscussed．Cryomillingwasc

8、arriedoutinaself-producedattritorandtheaverageg