粉末粒度對快速冷凝鋁鋰合金性能的影響

鄧俊彥

摘 要：研究了粉末粒度對快速冷凝鋁鋰合金性能的影響，結(jié)果表明，合金的塑性先隨著粉末粒度的減小而升高，而后又隨著粉末粒度的減小而下降，其中，經(jīng)250～300目篩分的合金粉末制備的合金綜合力學性能最好。

關鍵詞：快速冷凝 鋁鋰合金 粉末粒度 力學性能

中圖分類號：TG132.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0073-01

快速冷凝條件下制備的鋁鋰合金粉末，處于非平衡結(jié)晶狀態(tài)，Li、Zr等合金元素的溶解度較高，晶粒較細，制備的合金比強度和比模量較大，但由于表面氧化物的存在[1]，減弱了合金顆粒間的結(jié)合力，影響合金的最終力學性能。

1 材料和實驗方法

制備了成分為Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr的快速冷凝鋁鋰合金粉末，分為5種，1#（+100目），2#（100～250目），3#（250～320目），4#（320～500目），2#（-500目），合金粉末經(jīng)冷壓、真空除氣、真空熱壓，然后再400 ℃下擠壓成材，擠壓比為44∶1。擠壓成型的合金在525 ℃固溶40 min，水淬，然后170 ℃/4 h+190 ℃/24 h雙級時效處理。

2 實驗結(jié)果

2.1 粉末特性

通過測量不同粒度下的二次枝晶臂間距（DAS），可以得到粉末粒度與DAS之間的關系（見圖1），根據(jù)DAS與冷卻速度之間的關系[2]，可估算出合金冷卻的速度為105～106k/s。

2.2 力學性能

不同粉末粒度制備的合金力學性能見（見圖2），結(jié)果表明，粒度為250～320目的粉末制備的合金有較好的綜合力學性能，具有較高的強度，σb為516 MPa，σ0.2為435 MPa，同時，它的塑性高于其它粒度的，δ為7.4%。

3 討論

3.1 粉末粒度對合金強度的影響

快速冷凝Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr合金的強化來自以下幾個方面：合金元素的固溶強化；Al3Li、Al2CuMg的析出強化；Al3Zr粒子引起的細晶強化；快速冷凝產(chǎn)生的合金元素固溶度的提高和較細的枝晶。

圖1所示，合金粉末粒度越小，二次枝晶臂間距也越小，盡管枝晶組織在真空熱壓過程中會粗化或合并長大，但由于Al3Zr粒子的存在，這種粒子與基體共格，能有效地阻止晶粒長大，因此，細晶強化和亞晶強化是快速冷凝鋁鋰合金的一個重要強化因素，對于同一成分，同一處理態(tài)的合金，合金粉末粒度越小，晶粒也越細，按照Hall-Patch理論：

σr=σ0+kd-1/2

（σ0、k為常數(shù)，σr為合金強度，d為晶粒或亞晶尺寸）

晶粒越細，其所導致的細晶強化和亞晶強化越明顯。這與圖2所示的實驗結(jié)果是一致的。

3.2 粉末粒度對合金塑性的影響

快速冷凝鋁鋰合金塑性主要受以下幾方面影響：晶粒尺寸，合金的強化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布，粉末顆粒間的氧化物的數(shù)量、分布。不同粒度，同一成分，同一處理態(tài)的合金，合金的強化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布無明顯差別；晶粒越細，在一定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目多，則在同樣塑性變形量下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進行，變形較均勻，且每個晶粒中塞積的位錯少，因應力集中引起的開裂機會較少，有可能在斷裂之前承受較大的變形量，表現(xiàn)出較高的塑性。然而，粉末越細，比表面積越大，粉末越容易氧化，顆粒間的氧化物越多，減弱了顆粒間的結(jié)合力，合金在變形過程中，易在顆粒結(jié)合處斷裂。上述幾種綜合因素影響的結(jié)果，合金塑性表現(xiàn)為先隨粉末粒度的減小逐漸上升，而后又下降。

4 結(jié)語

（1）快速冷凝鋁鋰合金的粉末粒度與DAS之間的關系為線性關系，合金冷卻的速度為105～106k/s。

（2）快速冷凝鋁鋰合金粉末越細，所制備的合金強度越高，合金塑性表現(xiàn)為先隨粉末粒度的減小逐漸上升，而后又下降，粒度為250～320目的粉末制備的合金有較好的綜合力學性能。

（3）快速冷凝鋁鋰合金粉末顆粒間的氧化物對合金的性能有十分重要的影響。

參考文獻

[1] Y-W Kim.W.M.Grifith and F.H.Froes.“Surface Oxides in P/M Alloys”[J].JOURNAL OF MATERIALS，1985：27-33.

[2] 張榮生.快速凝固技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.endprint

摘 要：研究了粉末粒度對快速冷凝鋁鋰合金性能的影響，結(jié)果表明，合金的塑性先隨著粉末粒度的減小而升高，而后又隨著粉末粒度的減小而下降，其中，經(jīng)250～300目篩分的合金粉末制備的合金綜合力學性能最好。

關鍵詞：快速冷凝 鋁鋰合金 粉末粒度 力學性能

中圖分類號：TG132.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0073-01

快速冷凝條件下制備的鋁鋰合金粉末，處于非平衡結(jié)晶狀態(tài)，Li、Zr等合金元素的溶解度較高，晶粒較細，制備的合金比強度和比模量較大，但由于表面氧化物的存在[1]，減弱了合金顆粒間的結(jié)合力，影響合金的最終力學性能。

1 材料和實驗方法

制備了成分為Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr的快速冷凝鋁鋰合金粉末，分為5種，1#（+100目），2#（100～250目），3#（250～320目），4#（320～500目），2#（-500目），合金粉末經(jīng)冷壓、真空除氣、真空熱壓，然后再400 ℃下擠壓成材，擠壓比為44∶1。擠壓成型的合金在525 ℃固溶40 min，水淬，然后170 ℃/4 h+190 ℃/24 h雙級時效處理。

2 實驗結(jié)果

2.1 粉末特性

通過測量不同粒度下的二次枝晶臂間距（DAS），可以得到粉末粒度與DAS之間的關系（見圖1），根據(jù)DAS與冷卻速度之間的關系[2]，可估算出合金冷卻的速度為105～106k/s。

2.2 力學性能

不同粉末粒度制備的合金力學性能見（見圖2），結(jié)果表明，粒度為250～320目的粉末制備的合金有較好的綜合力學性能，具有較高的強度，σb為516 MPa，σ0.2為435 MPa，同時，它的塑性高于其它粒度的，δ為7.4%。

3 討論

3.1 粉末粒度對合金強度的影響

快速冷凝Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr合金的強化來自以下幾個方面：合金元素的固溶強化；Al3Li、Al2CuMg的析出強化；Al3Zr粒子引起的細晶強化；快速冷凝產(chǎn)生的合金元素固溶度的提高和較細的枝晶。

圖1所示，合金粉末粒度越小，二次枝晶臂間距也越小，盡管枝晶組織在真空熱壓過程中會粗化或合并長大，但由于Al3Zr粒子的存在，這種粒子與基體共格，能有效地阻止晶粒長大，因此，細晶強化和亞晶強化是快速冷凝鋁鋰合金的一個重要強化因素，對于同一成分，同一處理態(tài)的合金，合金粉末粒度越小，晶粒也越細，按照Hall-Patch理論：

σr=σ0+kd-1/2

（σ0、k為常數(shù)，σr為合金強度，d為晶粒或亞晶尺寸）

晶粒越細，其所導致的細晶強化和亞晶強化越明顯。這與圖2所示的實驗結(jié)果是一致的。

3.2 粉末粒度對合金塑性的影響

快速冷凝鋁鋰合金塑性主要受以下幾方面影響：晶粒尺寸，合金的強化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布，粉末顆粒間的氧化物的數(shù)量、分布。不同粒度，同一成分，同一處理態(tài)的合金，合金的強化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布無明顯差別；晶粒越細，在一定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目多，則在同樣塑性變形量下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進行，變形較均勻，且每個晶粒中塞積的位錯少，因應力集中引起的開裂機會較少，有可能在斷裂之前承受較大的變形量，表現(xiàn)出較高的塑性。然而，粉末越細，比表面積越大，粉末越容易氧化，顆粒間的氧化物越多，減弱了顆粒間的結(jié)合力，合金在變形過程中，易在顆粒結(jié)合處斷裂。上述幾種綜合因素影響的結(jié)果，合金塑性表現(xiàn)為先隨粉末粒度的減小逐漸上升，而后又下降。

4 結(jié)語

（1）快速冷凝鋁鋰合金的粉末粒度與DAS之間的關系為線性關系，合金冷卻的速度為105～106k/s。

（2）快速冷凝鋁鋰合金粉末越細，所制備的合金強度越高，合金塑性表現(xiàn)為先隨粉末粒度的減小逐漸上升，而后又下降，粒度為250～320目的粉末制備的合金有較好的綜合力學性能。

（3）快速冷凝鋁鋰合金粉末顆粒間的氧化物對合金的性能有十分重要的影響。

參考文獻

[1] Y-W Kim.W.M.Grifith and F.H.Froes.“Surface Oxides in P/M Alloys”[J].JOURNAL OF MATERIALS，1985：27-33.

[2] 張榮生.快速凝固技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.endprint

摘 要：研究了粉末粒度對快速冷凝鋁鋰合金性能的影響，結(jié)果表明，合金的塑性先隨著粉末粒度的減小而升高，而后又隨著粉末粒度的減小而下降，其中，經(jīng)250～300目篩分的合金粉末制備的合金綜合力學性能最好。

關鍵詞：快速冷凝 鋁鋰合金 粉末粒度 力學性能

中圖分類號：TG132.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0073-01

快速冷凝條件下制備的鋁鋰合金粉末，處于非平衡結(jié)晶狀態(tài)，Li、Zr等合金元素的溶解度較高，晶粒較細，制備的合金比強度和比模量較大，但由于表面氧化物的存在[1]，減弱了合金顆粒間的結(jié)合力，影響合金的最終力學性能。

1 材料和實驗方法

制備了成分為Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr的快速冷凝鋁鋰合金粉末，分為5種，1#（+100目），2#（100～250目），3#（250～320目），4#（320～500目），2#（-500目），合金粉末經(jīng)冷壓、真空除氣、真空熱壓，然后再400 ℃下擠壓成材，擠壓比為44∶1。擠壓成型的合金在525 ℃固溶40 min，水淬，然后170 ℃/4 h+190 ℃/24 h雙級時效處理。

2 實驗結(jié)果

2.1 粉末特性

通過測量不同粒度下的二次枝晶臂間距（DAS），可以得到粉末粒度與DAS之間的關系（見圖1），根據(jù)DAS與冷卻速度之間的關系[2]，可估算出合金冷卻的速度為105～106k/s。

2.2 力學性能

不同粉末粒度制備的合金力學性能見（見圖2），結(jié)果表明，粒度為250～320目的粉末制備的合金有較好的綜合力學性能，具有較高的強度，σb為516 MPa，σ0.2為435 MPa，同時，它的塑性高于其它粒度的，δ為7.4%。

3 討論

3.1 粉末粒度對合金強度的影響

快速冷凝Al-2.5Li-1.6Cu-1.2Mg-0.2Zr合金的強化來自以下幾個方面：合金元素的固溶強化；Al3Li、Al2CuMg的析出強化；Al3Zr粒子引起的細晶強化；快速冷凝產(chǎn)生的合金元素固溶度的提高和較細的枝晶。

圖1所示，合金粉末粒度越小，二次枝晶臂間距也越小，盡管枝晶組織在真空熱壓過程中會粗化或合并長大，但由于Al3Zr粒子的存在，這種粒子與基體共格，能有效地阻止晶粒長大，因此，細晶強化和亞晶強化是快速冷凝鋁鋰合金的一個重要強化因素，對于同一成分，同一處理態(tài)的合金，合金粉末粒度越小，晶粒也越細，按照Hall-Patch理論：

σr=σ0+kd-1/2

（σ0、k為常數(shù)，σr為合金強度，d為晶粒或亞晶尺寸）

晶粒越細，其所導致的細晶強化和亞晶強化越明顯。這與圖2所示的實驗結(jié)果是一致的。

3.2 粉末粒度對合金塑性的影響

快速冷凝鋁鋰合金塑性主要受以下幾方面影響：晶粒尺寸，合金的強化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布，粉末顆粒間的氧化物的數(shù)量、分布。不同粒度，同一成分，同一處理態(tài)的合金，合金的強化相Al3Li、Al2CuMg的大小、分布無明顯差別；晶粒越細，在一定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目多，則在同樣塑性變形量下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進行，變形較均勻，且每個晶粒中塞積的位錯少，因應力集中引起的開裂機會較少，有可能在斷裂之前承受較大的變形量，表現(xiàn)出較高的塑性。然而，粉末越細，比表面積越大，粉末越容易氧化，顆粒間的氧化物越多，減弱了顆粒間的結(jié)合力，合金在變形過程中，易在顆粒結(jié)合處斷裂。上述幾種綜合因素影響的結(jié)果，合金塑性表現(xiàn)為先隨粉末粒度的減小逐漸上升，而后又下降。

4 結(jié)語

（1）快速冷凝鋁鋰合金的粉末粒度與DAS之間的關系為線性關系，合金冷卻的速度為105～106k/s。

（2）快速冷凝鋁鋰合金粉末越細，所制備的合金強度越高，合金塑性表現(xiàn)為先隨粉末粒度的減小逐漸上升，而后又下降，粒度為250～320目的粉末制備的合金有較好的綜合力學性能。

（3）快速冷凝鋁鋰合金粉末顆粒間的氧化物對合金的性能有十分重要的影響。

參考文獻

[1] Y-W Kim.W.M.Grifith and F.H.Froes.“Surface Oxides in P/M Alloys”[J].JOURNAL OF MATERIALS，1985：27-33.

[2] 張榮生.快速凝固技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.endprint