（材料学专业论文）快速凝固alfevsi耐热铝合金组织性能及大规格材料制备工艺的研究.pdf

摘要 快述凝劂耐热铝合金是一种高比强、高比剐、耐高温轻质结构丰才料，可在15 0 3 5 0 ( 甚至更高) 的温度范围内替代钛台金或钢材使用。过去多采用快速凝固制粉( 雾化 制粉、或平面流甩带一研磨制粉) 一粉末冶金技术来制备，然而，在制备大规格构件时， 喷射沉积集快速凝固、半固态加工和近终成形加上于一体，具有其独到优势得到了普遍 关注，有可能成取代为快速凝固制粉工艺，用于研制快速凝崮耐热铝合金大规格材料。 本论文综台评述了快速凝固耐热铝合金、快速凝崮一粉束冶金技术以及喷射沉积f ： 艺的研究进展与现状，针对快速凝固a 1 f e v s i 合金研究中发现的异常现象，以及研制喷 射沉积a 1 f e v s i 合金人规格管材和锻件所急需解决的问题，以快凝粉末a i f e v s i 合金为 对比材制，开展了如下儿个方面的研究- _ 【= 作。 研究了喷射沉积a 1 f e v s i 合金坯及其成型制品的组织性能特征。结果表明，喷射沉 积a l f e v s i 台金坯中存在微观组织不均匀性，但采用合适的_ t 艺，仍然可以制各高性能 喷射沉积a i f e v s i 合金材料。 研究了快速凝固a i f e v s i 合金高温热暴露过程中a i l2 ( f e ，v ) 3 s i 颗粒粗化行为以及组 织热稳定性。结果表明，快凝细粉a i f e v s i 合金高温热暴露时，低于5 0 0 ，a 1 12 ( f e ，v ) 3 s i 仅发生o s t w a l d 粗化，高于5 5 0 ，a 1 12 ( f e ，v ) 3 s i 则在晶界聚集，甚至有8 一a 1 【3 f e 4 针、 块! 状相形成。伴随着颗粒粗化和晶粒长大，出现位错反常增殖现象。a 1 2 ( f e v ) ，s i 相颗 粒粗化行为服从l s w 颗粒粗化模型，其粗化速率由f e 溶质原子的体扩散和界面扩散共 同决定，在4 2 0 5 2 0 的温度范罔内，粗化速率常数极低，数量级处于1 0 - 2 4 1 0 。2 6m 3h 一 名义扩敞激活能q e x p = 2 0 8k jm o l 。，介于f e 原子体扩散激活能( 2 5 9 k jt o o l 。) 和 沿界面扩散激活能q 。，( 1 4 6k jm o l “) 之间。 研究了喷射沉积a i f e v s i 台金在不同温度条件卜的塑性变形行为规律。结果表明， 快凝雾化粉末a i f e v s i 合金加工硬化率低，甚至呈加工软化1 0 0 3 0 0 存在中温脆性 区。构建了喷射沉积a i f e v s i 合金高温塑性变形基于z e n e r h o l l o m o n 参数法的唯象本构 关系和基fr d 5 k r 4r 拓模型的物理本构关系。r a 物理模型可以很好地诠释喷射沉积 a 1 f e v s i 合金高温塑性变形过程n 大于8 和q 火于1 4 2 k j m o l ，但高度细化的组织特征、 微观不均匀性以及高温不稳定性也导致了喷射沉积a 1 f e v s i 合金高温塑性变形行为偏离 r a 棋科所预测的规律。 研究了快凝a 1 f e v s i 合金回复与再结晶过程以及退火硬化行为。结果表明。快速凝 ha 1 f e v s i 台金冷轧板在2 0 0 5 2 5 的温度范围内出现了退火硬化现象，这种退火硬化 现象更易出现在大变形量冷轧且组织高度细化的冷轧板的退火过程中t 具有可逆性a 快 速凝闹a 1 f e v s i 合金冷轧板开始出现退火软化的温度约为5 0 0 4 c ，剧烈退火软化的再结 品温度约j , j5 5 0 。c 。高于5 5 0 。c 退火，冷轧扳硬度、强度剧烈下降，这是冷轧板中同时发 生了a 1 12 ( f e ，v ) 3s i 颗粒急剧粗化、聚集、失稳过程和q - a i 基体的再结晶与晶粒长大过程 的结果。喷射沉积冷轧板也会出现退火硬化现象，但不及快速凝固雾化粉末制冷轧板的 强烈，且随粗大组织增多而退火硬化减弱，甚至表现为退火软化。 针对组织高度细化的快凝a i f e v s i 合金中初始位错密度低、自由滑移程短和位错恢 复强烈的特点，提出了一个塑性变形新模型，很好地了解释快凝a 1 f e v s i 合金的低加t j 硬化率和提早失稳断裂现象，解释了伴随着麻变硬化效应的中温脆性现象，解释了加上 软化和退火硬化现象。 研究了挤压、旋压或锻造等热加工t 艺条件与参数对加t 制品的表观质餐和组织性 能的影响规律，结果表明，采用软铝包套挤压可降低挤压突破力和挤压温度，4 0 0 4 5 0 k 时预热而高温( 挤压温度) 短时加热的分级加热可起到缩短高温滞留时间的作用， 提高月。参量有利于氧化膜充分破碎和粉末结合强度提高，这些措施均有利于改善挤压制 品的室温、高温力学性能。降低旋压温度，减少高温滞留时间，增大累积减薄率，均有 利于提高旋压管材的室温、高温强度和塑性。钢包套锻造、铝包套模压均可以在较小的 高向压缩变形率( 累积4 5 8 0 ) 条件下实现锻坯有效致密化和粉末间良好结合，从而 获得良好的强度与塑性。 最后，采j _ f j 喷射沉积t 艺制坯，在国内现有压力加工工装设备条件下，制备了快速 凝同a i f e v s i 合金高性能大规格( 外径大于4 1 0 m m ，壁厚大于15 m m ) 挤压管材；挤压 管可以旋压成直径庐自3 8 0 m m ，厚2 5 m m ，长度大于1 0 0 0 m m 的高性能薄壁管材；制备 r 商径4 5 0 m m 高性能锻件。如此大规格快速凝固耐热铝合金挤压管、旋压薄肇管、锻 什的研制，国内外目前尚无报道。 i i a b s t r a c t r a p i d l ys o l i d i f i e d h i g ht e m p e r a t u r ea l u m i n u ma l l o yi s ak i n do f l i g h t w e i g h ts t r u c t u r a l m a t e r i a l s w l t h h i g hs p e c i f i cs t r e n g t h ，h i g hs p e c i f i c s t i f f n e s sa n dg o o dh e a t - r e s i s t a n c ei ti sa b l et ob e a p p l i e da t t h e t e m p e r a t u r er a n g eo f1 5 0 3 5 0 ( a n de v e nh i 【g h e rt e m p e r a t u r e ) i n s t e a do fs o m eo ft i t a n i u ma l l o y so rs t e e l s ， t om e e tt h en e e do fa d v a n c e ds p a c es h u t t l e ，a i r c r a f t sa n dm i s s i l e st oh i g hf l y i n gv e l o c i t ya n dl a r g e c a r r y i n g c a p a c i t yi nt h em o d e ms p a c e f l i g h ta n da v i a t i o ni n d u s t r i e s i nt h ep a s tt h eh i g ht e m p e r a t u r ea l u m i n u ma l l o y w a sp r e p a r e db yu s i n gr a p i ds o l i d i f i c a t i o n ( i n c l u d i n gm e l ta t o m i z a t i o na n dp l a n a rf l o wc a s t i n g ) 一p o w d e r m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y h o w e v e r ，i nt h ep r e p a r a t i o no fl a r g es c a l es t r u c t u r a lm a t e r i a l s ，s p r a yd e p o s i t i o n p r o c e s s e si n t e g r a t ea d v a n t a g e s o fr a p i d l ys o l i d i f i c a t i o n ，s e m i - s o l i df o r m i n ga n dn e a r - n e ts h a p ef o r m i n g t e c h n o l o g y ，a n d t h u so v e rs e v e r a l y e a r s al o to fa t t e n t i o nw e r ef o c u s e do nt h en o v e ln e a r - n e t s h a p e b l a n k m a k i n gp r o c e s sw i t hg o o dp o t e n t i a la p p l i c a t i o n s p r a yd e p o s i t i o np r o c e s sm a yb eu s e dt od e v e l o p l a r g e 、s c a l es t r u c t u r a lm a t e r i a l so f t h er a p i d l ys o l i d i f i e dh e a t r e s i s t a n ta l u m i n u ma l l o y , s u b s t i t u t i n gf o rr a p i d l y s o l i d i f i c a t i o n p o w d e rm e t a l l u r g i c a lp r o c e s s e s i nt h i sd i s s e r t a t i o nd e v e l o p m e n ta n ds t a t u sq u oo f r a p i d l ys o l i d i f i e dh e a t r e s i s t a n ta l u m i n u ma l l o y , r a p i d s o l i d i f i c a t i o n p o w d e rm e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g ya n ds p r a yd e p o s i t i o np r o c e s s e sa r ec o m m e n t e d a i m i n ga t s o m ea b n o r m a lp h e n o m e n af o u n di nt h ei n v e s t i g a t i o no fr a p i d l ys 0 1 i d i f l e da i f e v s ia l l o y , a n ds o m em s i n p r o b l e mt h a tn e e dt os o l v ei nt h ep r e p a r a t i o no fh i g hp e r f o r m a n c el a r g es c a l es t r u c t u r a lm a t e r i a l so fs p r a y d e p o s i t e d a 1 f e v s ia l l o y , c o m p a r i n gw i t hr a p i d l ys o l i d i f i e d p o w d e rm e t a l l u r g i c a l a 1 f e v s ia l l o y ，t h e f o l l o w i n gr e s e a r c h e sw e r ed o n e ， m i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs p r a yd e p o s i t e da i f e v s ia l l o yb l a n ka n di t sf o r m e d p r o d u c e s w e r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w t h a t ，s p r a yd e p o s i t e d a l f e v s i a l l o y b l a n ke x h i b i t s m h o m o g e n e o u ss t r u c t u r a jc h a r a c t e ro nt h em i c r os c a l e b u th i g hp e r f o r n l a n c er a p i d l ys o l i d i f l e da l f e v s i a l l o ym s y b ep r e p a r e d b yu s i n gt h i sk i n do f s p r a yd e p o s i t e db l a n k c o a r s e n i n g b e h a v i o ro fa 1 1 2 ( f e ，v ) 3 s i p a r t i c l e s i nt h e r a p i d l y s o l i d i f i e da 1 f e v s i a l l o y a n di t s m i c r o s t r u c t u r a lt h e r m a ls t a b i l i t i e sd u r i n gt h e r m a le x p o s u r ea th i g ht e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e dt h er e s u l t s s h o w t h a t ，w h e n i sr a p i d l ys o l i d i f i e d a l f e v s ia l l o ye x p o s e d t h e r m a l l ya th i g h t e m p e r a t u r e ，m a i n c h a n g e b e l o w5 0 0 。c i nt h ea l l o yi so s t w a l dr i p e n i n go f a l l 2 ( f e ，v ) 3 s ip a r t i c l e ，a n da b o v e5 5 0 1 2 ，a i l 2 ( f e ，v ) 3 s iw i l i c o n g r e g a t ea l o n gg r a i nb o u n d a r i e s ，a n de v e na p p e a rn e e d l e s h a p e do rc l u m p i s h0 - a l t 3 f e 4p h a s e i na d d i t i o n ， a b n o r m a lm u l t i p l i c a t i o no fd i s l o c a t i o no c c u ri nt h er a p i d l ys o l i d i f i e da 1 f e v s ia l l o y , a c c o m p a n y i n gp a r t i c l e c o a r s e n i n ga n dg r a i ng r o w i n g c o a r s e n i n g b e h a v i o ro fa 1 1 2 ( f e ，v ) 3 s i p a r t i c l e i nt h e r a p i d l y s o l i d i f i e d a 1 f e v s ia l l o y i s i no b e d i e n c e t op r e d i c t i o no f t h e m o d i f i e d 上班h i t z - s l y o z o v - w a g n e r ( l s 叻p a r t i c l er i p e n i n g t h e o r y i t sc o a r s e n i n gr a t ei sd e p e n d e n to nb u l kd i f f u s i o no fi r o ba t o m sa n dd i f f u s i o no fi r o na t o m sa l o n g i n t e r f a c ei nt h e 一a 1m a t r i xi nt h et e m p e r a t u r er a n g eo f 4 2 0 5 2 0 c ，c o a r s e n i n gr a t eo f a l t 2 ( f e ，v ) 3 s ip a r t i c l e i sv e r yl o w , i t sm a g n i t u d e b e i n g1 0 。l 1 0 ”m 3h - 。，m e a na c t i v a t i o ne n e r g yo f d i f f u s i o n ，q e x e = 2 0 8 k jm o l ，i s b e t w e e na c t i v a t i o ne n e r g yo fb u l kd i f f u s i o no fi r o na t o m s ，q 2 2 5 9 k jm o l ，a n da c t i v a t i o ne n e r g yo f d i f f u s i o no fi r o na t o m sa l o n gi n t e r f a c e ，q i n t e r = 1 4 6 k jm o l 一 p l a s t i cd e f o r m a t i o nb e h a v i o ro fs p r a yd e p o s i t e da 1 f c v s ia l l o ya tv a r i o u st e m p e r a t u r e sw a si n v e s t i g a t e d r h er e s u l t ss h o wt h a t ，r a p i d l ys o l i d i f i e da 1 f e v s ia l l o yh a sl o ws t r a i nh a r d e n i n gt o e f f i c i e n t ，a n de v e n e x h i b i t sw o r ks o f t e n i n g ，a n dh a sad r o po fd u c t i l i t ya ti n t e r m e d i a t et e m p e r a t u r e1 0 0 - 3 0 0 ) a i m i n ga th i g h t e m p e r a t u r ep l a s t i c d e f o r m a t i o no f s p r a yd e p o s i t e d a 1 f e v s i a l l o y , p h e n o m e n o l o g i c a l c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s h i pb a s e do nz e n e r h o l t o m o r tp a r a m e t e rm e t h o da n dp h y s t e a lc o n s t i h l t i v er e l a t i o n s h i pb a s e do n r o s l e r - a r t zm o d e la r ee s t a b l i s h e d t h er - a p h y s i c a lm o d e lc a ng i v eag o o dp r e d i c t i o n f o rt h ea b n o r m a l b e h a v i o ro fh i g h t e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o no f s p r a yd e p o s i t e d a l f e v s ia l l o y , nb e i n 9 1 a r g e r t h a n 8a n d q b e i n gh i g h e rt h a n1 4 2 k j m o l ，h o w e v e r , h i g h l yr e f i n e dm i c r o s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c ，m i c r o - s c a l es t r u c t u r a l i n h o m o g e n e i t ya n dh i g ht e m p e r a t u r es t r u c t u r a li n s t a b i l i t yr e s u l ti nh i g ht e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o n b e h a v i o ro f i i i s p r a yd e p o s i t e da i f e v s ia l l o yd e v i a t i n gm o r ea n dl e s sf r o mt h el a w p r e d i c t e db yu s i n gt h er am o d e l r e c o v e r ya n dr e c r y s t a l l i z a t i o np r o c e s sa n da n n e a lh a r d e n i n gb e h a v i o ro fr a p i d l ys o l i d i f i e da 1 f e v s i a l l o yw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ，t h ec o l d r o l l e ds h e e to fr a p i d l ys o l i d i f i e d a i f e v s ia 1 1 0 v e x h i b i t sa n n e a l h a r d e n i n gb e h a v i o rw h e na n n e a l e da tt h et e m p e r a t u r ef r o m2 0 0t o5 2 5 * ( 2t h ea n n e a l h a r d e n i n gp h e n o m e n o n ，w h i c hi sr e v e r s i b l e ，a p p e a r sm o r ee a s i l yi na n n e a lt r e a t m e n to ft h ec o l dr o l l e d m a t e r i a l sw j c hl a r g ed e f o r m a t i o nd e g r e ea n dh i g h l yr e f i n e dm i c r o s t r u c t u r et h ec o l d r o l l e ds h e e to f r a p i d l y s o l i d i f i e da 1 f e v s ia l l o yb e g i nt o a p p e a ra n n e a ls o f t e n i n ga t t h e t e m p e r a t u r eo f5 0 0 。c ，a n da n n e a l i n g t e m p e r a t u r el e a d i n gt ot h ec o l dr o l l e ds h e e ts o f t e n i n go b v i o u s l yi sa b o u t5 5 0 c w h e na n n e a l i n ga b o v e5 5 0 ，h a r d n e s sa n dt e n s i l es t r e n g t ho ft h ec o l d r o l l e ds h e e td e c r e a s er a p i d l y ，w h i c hr e s u l t sf r o mc o a r s e n i n g ， c o n g r e g a t i n ga n dd e c o m p o s i t i o no fa l n ( f e ，v ) 3 s ip a r t i c l e sa n dr e c r y s t a l l i z a t i o na n dg r a i ng r o w t ho fu - a i m a t r i xo c c u rs i m u l t a n e o u s l yi nt h ec o l d r o l l e ds h e e t t h ea n n e a lh a r d e n i n gp h e n o m e n o na l s o a p p e a ri n a n n e a lt r e a t m e n to ft h ec o l d - r o i l e ds h e e to fs p r a yd e p o s i t e da i f e v s ia l l o y h o w e v e r , t h ea n n e a lh a r d e n i n g e f f e c to fs p r a yd e p o s i t e da 1 f e v s i e o l d r o l l e ds h e e tisn o ts om a r k e dast h a to f r a p i d l ys o i l d i f l e dp o w d e r m e t a l l u r g i c a la 1 f e v s ic o l d r o l l e ds h e e t ，b u ta l s ot h es p r a yd e p o s i t e da 1 f e v s ic o l d - r o l l e ds h e e tw i l lh a sa w e a k e n i n gb e h a v i o ro fa n n e a lh a r d e n i n g ，a n de v e ne x h i b i t sa n n e a ls o f t e n i n g ，w i t hc o a r s em i c r o s t r u c t u r e s m u l t i p l y i n gi nt h ea l l o y r a p i d l ys o l i d i f i e d a l f e v s ia l l o yc o n s i s t so f h i g hv o l u m e f r a c t i o n o f n a n o m e t e rs i z e d a l l 2 ( f e ，v ) 3 s i p a r t i c l e sa n ds u b m i c r o ns i z e du a 1g r a i n i nt h ea l l o yi n i t i a ld i s l o c a t i o nd e n s i t yi s1 0 w m e a nl e n g t ho f f r e e s l i pp a t hl ss h o r t a n dd i s l o c a t i o nr e c o v e r yb e c o m e f a c i l i t a t e dd u et os h o r td i f f u s i o nd i s t a n c ea s s o c i a t e dw i t h h i g h l yr e f i n e dm i c r o s t r u c t u r e s an e wm o d e li sb r o u 【g h tf o r w a r do np l a s t i cd e f o r m a t i o no fr a p i d l ys o l i d i f i e d a 1 f e v s ja l l o y t h em o d e 】c a ng i v eam c ee x t r a p o l a t i o no fs o m ep h e n o m e n ai nd e f o r r r m t i o nb e h a v i o ro f r a p i d l y s o l i d i f i e da i f e v s ia l l o y , s u c ha sl o ws t r a i nh a r d e n i n ge f f e c t ，e a r l yn e c k i n ga n dr u p t u r e ，d r o po f d u c t i l i t yv a l u e sa c c o m p a n i e db ys t r a i nh a r d e n i n ge f f e c ta tt h ei n t e r m e d i a t et e m p e r a t m e ，a n dw o r ks o f t e n i n g a n da n n e a lh a r d e n i n g e f f e c to fp r o c e s s i n gc o n d i t i o na n dp a r a m e t e r so fh o te x t r u s i o n , h o ts p i n n i n ga n dh o tf o r g i n go n a p p e a r a n c eq u a l i t y , m i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t h ef o r m e dp r o d u c e sw a si n v e s t i g a t e dt h e r e s u l t ss h o w t h a t ，p a c k a g ee x t r u s i o nw i t hs o f ta l u m i n u ma l l o ys l e e v ec a l ll o w e re x t r u s i o nb r e a k t h r o u g hf o r c e a n de x t r u s i o n t e m p e r a t u r e ，m u l t is t a g ep r e h e a t i n g ，h e a t i n g a t4 0 0 4 5 0 f o rl o n gt i m ea n da th i g h t e m p e r a t u r e ( e x t r u s i o nt e m p e r a t u r e ) f o rs h o nt i m e ，c a np l a yar o l e o fs h o r t e n i n gt h e r m a le x p o s u r et i m ea t h i g ht e m p e r a t u r e ，a n di m p r o v i n gt h ev a l u eo fr sp a r a m e t e ri sb e n e f i c e n tt ob r e a k i n gf u l l yp o w d e rs u r f a c e o x i d ef i l mi n t op i e c e sa n da m e l i o r a t i n gm e t a l l u r g i c a lb i n d i n gs t a t eo f t h ep o w d e r s a 1 1o f t h e s em e a s u r e sa r e p r o p i t i o u st oi m p r o v i n gm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f e x t r u d e dp i p ea tr o o mt e m p e r a t u r ea n dh i g ht e m p e r a t u r e l o w e r i n gs p i n n i n gt e m p e r a t u r e ，s h o r t e n i n gt h e r m a le x p o s u r et i m e a th i g ht e m p e r a t u r e ，a n di m p r o v i n g a c c u m u l a t e ds p i n n i n gd e f o r m a t i o na m o u n ta r ep r o p i t i o u st oi m p r o v i n gs t r e n g t ha n dp l a s t i c i t yo f s p u np i p ea t r o o mt e m p e r a t u r ea n dh i g ht e m p e r a t u r es t e e lp a c k a g ef l a t - d i ef o r g i n ga n da l u m i n u mp a c k a g ec l o s e dd i e f o r g i n gc a dm a k es p r a yd e p o s i t e db l a n kd e n s i f ye f f e c t i v e l y , g e tt on i c em e t a l l u r g i c a lb i n d i n gs t a t e o ft h e p o w d e r s ，a n dt h ef o r g e dp i e c e e x h i b i tg o o ds t r e n g t ha n d p l a s t i c i t yi nt h ec o n d i t i o no f s m a l l e rh e i g h t d i r e c t i o n f o r g i n gd e f o r m a t i o n a c c u m u l a t e dd e f o r m a t i o nr a t i ob e i n ga b o u t4 5 8 0 a tl a s t ，i nt h ea c t u a lc o n d i t i o no fe x t r u d i n g ，s p i n n i n ga n df o r g i n ge q u i t m e n t si no u rc o u n t r y , l a r g es i z e e x t r u d e dp i p e so fr a p i d l ys o l i d i f i e da i f e v s ih e a t - r e s i s t a n ta l u m i n u ma l l o y , o u t e rd i a m e t e rb e i n gl a r g e rt h a n 4 1 0 m ma n dw a l lt h i c k n e s sl a r g e rt h a n1 5 r a m , w e r ep r e p a r e d t h el a r g es i z ee x t r u d e dp i p e sw e r es p u ni n t o t h i n w a l lt u b e so f a b o u t38 0 m mi n i n n e r d i a m e t e r a b o u t2 5 m mi nt h i c k n e s sa n d l a r g e rt h a nl0 0 0 m mi n l e n g t hc y l i n d r i c a lf o r g e dw o r k p i e c e so f4 5 0 m m i nd i a m e t e rw e r ep r e p a r e d m a n u f a c t u r eo fs u c hl a r g es i z e e x t r u d e dp i p e ，s p u nt h i np i p ea n df o r g e dp i e c eo fh i g hp e r f o r m a n c er a p i d l ys o l i d i f i e da 1 f e v s ih e a t - r e s i s t a n t a l u m i n u ma l l o yh a sn o tb e e nr e p o r t e di nt h ew o r l db yt h i st i m e 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：年一月一日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位沦文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：一导师签名： _ - 2 f 期：一一年一月一日 ! ! 生兰坠! 主兰兰堂窑二 苎! 主墨竺堡堡 1 1引言 第1 章文献综述 随着现代航天航空科学技术的不断发展材料服役的条件愈来愈苛刻，人们对轻质 结构捌料提出了愈来愈高的要求。先进空间b 舒器需要有高比强、高比刚、耐高温的轻 质结构材料与之相配套，以进步提高飞行速度和承载能力。传统铸造冶金生产的耐热 铝台金( 如a a 2 6 1 8 ，a a 2 2 1 9 等) 均难以满足这一苛刻要求，一种新型快速凝崮耐热铝 合金应运而生，引起了世界各发达国家酱遍关注。”1 。 怏遮凝同耐热铝台金的研究源于上世纪7 0 年代中期，随后，各发达国家竞相在这个 领域开展工作，相继研制了许多性能优良台金系列。目前，快速凝崮耐热铝合金多以 a l - f e 、a 1 c r 为基，通过适当地添加一些在铝中扩散系数和极限固溶度极小的过渡族元 素t m ( t m = f e 、v 、c r 、m n 、t i 、n b 、z r 、w 、m o 、c e 、e r 等) 合金化，采用恰当的 制备加l 方法，使合金中生成大量的结构稳定且不易粗化的亚稳强化相，呈纳米量级颗 粒的形式均匀弥散地分布在铝基体上，钉扎晶界，稳定其亚微米量级晶粒，从而，使这 类合金具有良好的高、室温强度，优异的耐热性能，可以在15 0 3 5 0 甚至更高的温度 范周里稳定使用”3 - 2 0 l 。 这种新型耐热铝合金为高合金化铝合金，采用常规铸造冶金方法难以生产，需采用 快速凝同、机械台金化等制各技术1 - 2 5 。快速凝固制备技术在生产效率、实现工业化大 生产可行性等方面的优势是机械合金化制备技术所无法比拟的，而且，它所带米的弧稳 效应也r 分可观。快速凝固亚稳效应主要表现在，( 1 ) 溶质分配远偏离平衡，偏析形成 倾向减小，成分均匀化；( 2 ) 发生固溶度非平衡扩展，溶质原子在基体固溶度增大，形 成亚稳态超过饱和同溶体；( 3 ) 显微组织( 包括枝晶、晶粒以及第二相质点) 超细化， 尺寸均匀化：( 4 ) 抑制粗块状、针状平衡相析出，促使析出相非平衡化，改变析出相成 分，产生亚稳品体相，甚至准晶、非品相。因此，自从p d u w e z 教授及其同事1 9 5 9 年 首次采j ； ；d u w e z “枪”装置溅射获得快速凝固a u s i 非晶后，快速凝固理论、技术以及 设备均获得了迅猛发展