網球鋁合金拍柄顯微組織與學性能研究

定茜

摘要：隨著人類對網球熱衷程度的提高，對網球的性能提出了更高的要求，于是制作高端網球拍顯得相當重要。鋁合金的性能較好，其密度較小、具有很較好的耐腐蝕性，將其應用于高端網球拍中比較合適，能夠提高網球拍的應用效果和舒適感。不同的鋁合金具備的顯微組織和力學性能將會不同，應用于網球拍中的效果也會存在差異，于是文章通過實驗研究的方式，研究了鋁合金的顯微組織和力學性能。由于鋁合金性能會受到多方面因素的影響，文章主要對其時效工藝中的時效溫度和時效時間進行分析。研究結果表明，當時效時間為20h、時效溫度為150C時，鋁合金的平均晶粒尺寸最小、顯微組織比較均勻，并且具備良好的力學性能。

關鍵詞：網球;鋁合金;顯微組織;力學性能

中圖分類號：TG166.3

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0146-04

鋁合金不僅具備密度小的特點，還具有不錯的耐腐蝕性能，由于網球拍需要具備質量輕的特點，將鋁合金應用其中可以發揮較好的應用效果，并且鋁合金的性能對網球拍柄的使用效果具有一定的影響，于是對鋁合金性能進行研究具有一定的實用價值。然而鋁合金的性能受到很多因素的影響，比如常見的熱處理工藝和其組成成分等，付佳等人就研究了鋁合金的力學性能和組織受到熱處理的影響[1]。同樣還有其他學者對其進行研究，只是研究的鋁合金類型不一樣[2-3]。另外，時效工藝也會影響到鋁合金的性能，并且對于這方面的研究比較少，于是本文將從時效工藝方面研究網球鋁合金拍柄的顯微組織和力學性能。林松盛等人對鋁合金進行研究時發現銦能夠提高其性能”。于是為了增加鋁合金的性能，在Al-Mg-Zn鋁合金的基礎上加人元素In，于是可以變成Al-Mg-Zn一In鋁合金，將其運用于網球拍柄中具有較好的性能。然而鋁合金的時效工藝會對其性能造成影響，所以為了得到更加優質的鋁合金，將會其時效工藝對鋁合金顯微組織和力學性能的影響進行研究。另外，時效工藝中包含的因素較多，于是本文將通過實驗研究的方式主要對其時效時間和時效溫度進行分析。

實驗部分

1.1實驗材料和儀器

實驗所需要的材料主要為Al-Mg-Zn新型網球拍鋁合金擠壓板材。實驗過程中需要使用到的儀器主要為金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子萬能試驗機、光譜儀、沖擊試驗機。

1.2試樣的制作

在板材的制作過程中，其中涉及到的相關參數設置為：擠壓速度為3mm/min，擠壓溫度為490C。材料的擠壓完成之后，需要快速的對材料進行在線淬火，選擇的淬火方式為水淬。于是需要將制作好的板材進行切割，切割成多個小樣作為實驗的試樣，試樣的尺寸大小為40cmX20cmX0.4cm。然后再將這些試樣進行實驗研究，研究不同工藝的時效處理對鋁合金的力學性能的影響。表1即為5個試樣中時效工藝參數。

1.3實驗過程

通過光譜儀對試樣進行測試，檢測其化學成分，其檢測結果如表1所示。然后再通過顯微鏡對不同工藝時效的試樣進行觀察其顯微組織。再在常溫環境下使用電子萬能試驗機對試樣進行拉伸性能試驗，對試樣的拉伸方向與擠壓方向是垂直的。當進行拉伸之后，試樣出現斷裂，則使用掃描電子顯微鏡對斷口進行觀察。最后在室溫環境下，通過使用沖擊試驗機對試樣進行沖擊測試，測試試樣的沖擊性能，缺口的形狀為V型。

2實驗結果和分析

2.1拉伸性能

2.1.1時效溫度相同的情況

當時效溫度相同時，研究時效時間對鋁合金拉伸性能的影響。同樣使用電子萬能試驗機對不同時效時間下的試樣進行拉伸試驗，其中的時效溫度設置為150C，最后試驗結果如圖1所示。從圖中可以看出，與第一種情況一樣，試樣的拉伸強度、屈服強度和斷后收縮率的變化趨勢也是先增大后減小，可知當時效時間過程或者過短時都不利于試樣的拉伸性能。從圖中可以看出，拉伸強度、屈服強度和斷后收縮率的最大值分別為416MPa、362MPa、19.8%。于是通過設置的3種時效時間可得到如下結論：當時效溫度設置為150C、時效時間設置為20h時，其拉伸性能達到最大。

2.1.2時效時間相同的情況

通過使用電子萬能試驗機對不同時效溫度下的試樣進行實驗之后，其檢測結果如圖2所示。其中設置的時效時間均相等，都為20h。從圖中可以看出，當時效溫度不同時，拉伸強度、屈服強度和斷后收縮率都會發生變化，其變化趨勢均為先增大后減小。由于時效溫度只設置到3種情況，所以能夠大概得到當時效溫度設置為150C時，其3種拉伸性能均達到最大值，分別為416MPa、362MPa、19.8%。從而可以得出如下結論：當時效時間為20h、時效溫度為150C時，網球鋁合金拍柄的拉伸性能最好。

完成拉伸實驗之后，試樣會發生斷裂情況，于是需要使用掃描電子顯微鏡對斷口出進行觀察，在室溫環境下的觀察的結果如圖3所示，其中涉及到的時效時間為20h，時效溫度為150C，即所測試的試樣為試樣2。從圖中可以看出，鋁合金斷口面包含著比較少的撕裂棱和較多的細小韌窩，所以鋁合金的斷裂方式為韌性斷裂。從而可以得到在該情況下，新型鋁合金的斷裂方式為韌性斷裂。

2.2顯微組織

本文所研究的試樣中，每一種試樣的時效工藝不樣，通過對不同的試樣檢查其平均晶粒尺寸，其檢測結果如圖4所示，檢測的時效工藝對平均晶粒尺寸的影響。從圖中可以看出，時效時間設置為20h，當時效溫度越來越高時，其平均晶粒尺寸大小的變化趨勢為先減小后增大。同樣，當時效溫度設置到150C，當時效時間不短增加時，試樣的平均晶粒尺大小的變化趨勢也是先減小后增大。另外，從圖4中可以看出，試樣的平均晶粒尺寸最小大致為，此時的時效時間為20h和時效溫度為150C時。

對平均晶粒尺寸最小的試樣使用顯微鏡進行觀察，得到其顯微組織照片如圖5所示，從圖5中可以看出，其晶粒比較小，并且組織比較均勻。于是可以得到在時效時間設置到20h、時效溫度設置到150C時，網球鋁合金拍柄顯微組織比較好，應用于網球中能夠具備較好的性能。