（材料学专业论文）共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理.pdf

人b s 七 a c t( 英文摘要) ab s t 邝 c t high s t r e n 吵 侧t hfo ss of d u c t i 1 ity h as been d e m 0 n s l ra t ed al i m i t a t 1 on of 叨g i nee ri ng util ity inb ul k n a n o st ruc t u r ed m at e r i al s . 丫 m.w汕g etaire port e d n a n o 一 c u w i t h b i m o dal s t ruc t u r eo b t a i n e dby c ryo 一 ro n 吨 atli 州 dnitrog e n ， w h l ch pos ses ses excel】 e n t t e n s i l e d u c t i l ityw 1 t h o u t o b v 1 o u s l o s s o f s t r e n g t hh s u g 罗sts m i crome t e r- s i ze d g ra l n s 侧th so m e 斤 a c t 1 ons e m b e d d e d i n nan 0 s t ru c t ur e d m at ri x ， namel y b i m o dal s t ru c tu rew a s pos s ib l e tobean e ffect ive rou t e toel i m i n a t e t h e fo ssofd u c t 1 1 ity. b utth e 肥isno p ro cess认 rh i c h c an 几 b ri c ate mul ti . p h a se nano 一 ai l o y sb yq u an l i fi c atio n al l yc o ni r o l l i n gthe 丘 a c t i o nand di 而b u t i o nof m i cro. m e t e rsi ze dg r a ins.p re s ent re se ar c hsuc ce e ds in ac hi eving c o n t r o l l abl e b i m o dal s t ru c t u r e 即 c o rd i n gtop r o 优 s s i ng ro ut e s o f c o m pos i ti o ndss i gn + 即t e ctoid 一 h as e- t r a l l s fo rmati ontrea t m e nt十 s eve rep l as l i c defo rmation+ 助n e aling. res ults s h o wedt h a t t e ns i l ed ucti l i ty w a s衅atlyi m p ro v e d衍t h o ut m u c hl o s so f s l r e n gth， m e 阴 w h i l e ， e ffecto f d i strib ut i ono f 而cro一 m e t e r s i ze d gr a 1 nso n m e c h ani cal p r o pert 1 e s w a 名 firstdi s cuss ed alsoanal ysisa boutdiffer e n t formation 。 e c h anl s ms ofb 加。 dal s t ruc to 理in t h e s e 幻 舟 o e u t e cto idsystems 、 ， a s i ncl uded e x pe ri m e n t re s ul tssu gge s t ed t h a t而crom e 记 r . s i zedgr a l ns o ri gi n a t ed 五 勺 m the re 万 n e n 1 ent d uring hi gh press ure t o r s i on and th en coars耐ng h a p p e n e da n e r ann e aling， w h 1 1 e d e c o m pos it i on o f e u t e c t o i dm a rt e n s ite 概u l te di n forn 1 at i on o f n ano s t ruc t ur e d m at r i x ; c o m p a red w i t hits nan o s t ru c to r ed co unt e 印 a ri ， 5 沐c haen w i t h面sbi mod al s t ru c tu 代 伴 r fo rmed a i i tt l e l o s s o f s t re n gth from9 9 7 m p a to7 3 0 m p a，b u t muc hh i g h e r i n 如s i le d u c 6 l i tyfromo to4 % ; additio nallv，s t re n gth a n d te ns ile d u c t il ity w e r e 1 m p m v edfo rt h e r to 1 3 0 0 mp a a n d 3 %bec aus e o f d i sp ersi o n o f m 1 c r o m e t e r- s i zed gr a l n s re su l ted fr o me u t e ctoi d t 拍n s fon l l atio nt r e a t n l e nt. b i mo d a 1s t ruc t u re isals 00 b s e r v e din z n 41 w1 .%a】 w妞 h4 o % h y po一 e u t e c t o 1 d p h as e i n volum e fr a c t i o n a n e r so l i d s o l utio n trea t m e n t a n d 4 p as se s e c a p mec h anic alte stre sults s h o w e d t h att he te nsile uni fon 刀d u c t i l ity i ncre 撰 s fr o m7 %to26% w i t h l o sso f the s tren gth i n 面s al l oy. k e yw o rds:c u-1 0. s wt.% a i z n 一 4lwt.% aihe at-trea t m e nt l p t e c a p a n ll e a ll ing 1 1 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的 研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以 标注和致谢的部分外，不包含其他人己经发表或 公布过的 研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文 中 作了明 确的说明。 研究生签名: 年月日 学位论文使用授权声明 南京理工大学 有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门 或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内 容。对于保密 论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名: 年月日 硕士论文共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理 第 1 章 绪论 l i文献综述 l l i块体纳米材料的力学性能 晶粒大小是影响材 料力学性能的重要因素，根据h all一 p e t c h 关系可知， 随着品粒 尺寸的减小， 材料的强度提高，其原因在于晶界对位错滑移的阻滞作用。当位错在多 晶 体中运动时， 由 于晶 界两侧晶粒的 取向不同， 加之该处的杂质原子较多， 增大了晶 界附近的 滑移阻 力， 因 而一侧品 粒中 的滑移带不能 直接进入第二个晶粒。 此外要 满足 晶 界上形变的协调性，需 要多个滑移系统同时动作，这同样导致位错不易穿过晶界， 而是塞积在晶 界处， 引起强度的提高。晶 粒越细小， 晶界就越多， 位错被阻滞的地方 就 越多， 多晶体强度就越高。 同时， 我们也知道， 随着晶粒尺寸的减小， 晶粒内部和 晶 界附近的 应变度相差就小， 变形较均匀， 相 对来说因应力集中引 起开裂的机会也较 少， 因而可以获得较大的延伸率和断 面收缩率， 因而细化晶 粒也是提高材料塑性的有 效途径。 综上所述， 细化晶粒是使材料同时具有高强度和高塑性的 有效手段， 因而纳 米 材料逐渐成为 材料研究学者广泛关注的焦点. 自 从80年代初德国科学家h.v.glei ter 成 功 地 采 用了 惰性 气 体 凝 聚 原 位 加 压 法 制 得 纯 物 质的 块 体 纳 米 材料 后 川 ， 纳米 材 料 的 研 究 及 其 制备 技术 在 近 年 来 引 起了 世 界 各 国 的 普 遍 重 视 12，3 1 。 由 于 纳 米 材 料具 有 独 特 的 纳米晶 粒及高浓度特征， 以 及山 此产生的小 尺寸 量子效 应和晶界效应， 使其表现出 一 系 列与 普 通多 晶 体 和 非 晶 态 固 体 有 本 质 差 别 的 力 学、 光 、 电、 声、 磁 等 性能 i4) ， 对 纳 米 材 料的 制 备、 结 构 、 性能 及 其 应 用 研 究 也 成 为 90 年 代 材 料科 学 研 究的 热点 卜 71 . 为 使这种 新型材料既有利于理论研究， 又能在实际中拓宽其应用范围， 探索高质量的 三 维 大尺 寸 块 体 纳米 材 料 的 制 备 技 术已 成 为 纳 米 材 料 研 究的 关 键之 一 因 . 块体 纳 米材 料 的 制 备 方 法 大 体 可以 分 为 两 类 : 一 类 称 之为 b otto mup 方 法， 即 先由 惰性气体 冷凝、 射频溅射、 溶胶一凝胶法、 机 械球磨法等工艺制备出纳米颗粒或纳米 粉末， 然后 通过原位加压、 热等静压或热压、 激光压缩等方式制成大块纳米材料。 一 般 而言， 凡是能够获得 纳米颗粒或纳米粉末的 方法， 都可以 通过后序加工最终制备出 块体纳米材料。 目 前应用较为 成熟的 方法有惰性气体凝聚原位加压法、 高能球磨法等 阳1 : 另 一 类称 之 为 top do wn方 法， 即 通 过 各 种 不同 的 变 形 方 式对 块 体 粗晶 材 料 施 加 应变，导致晶粒细化直接获得块体纳米材料。 无 论 是 b o tt o m up 还 是 top do wn方 法 制备 出 的 纳 米 晶 材 料 ， 在 对 其宏 观 力 学 性能 的 研究中， 都发现它们的强 度指标 普遍高于常规的粗晶 材料和经过一 般变形细化后的亚 微 米 晶 材 料: 如纳 米 cu ( 晶 粒 尺 寸 为 25 巧。 朋 1 ) 的 屈 服 强 度 高 达 3 5 0 州 田 a ll刀 ， 而 冷 轧 硕 士 论 文共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理 态的 粗晶 c u 强度为2 60m p a ，退火态粗晶 c u 的强度仅为7 0 m p a ， 在纳米pb、 a u 、 n i 等 材料中也得到类似结果 问;可是它 们的室温塑性指标却远不及这些常 规粗晶 材料， 主 要表现为:室 温拉伸断 裂延伸率一般不足5 %，且均匀应变区极为有限; 例如纳米 晶 铜 的 均 匀 应 变 量为 6 % ， 远低 于 粗 晶 态 的 7 00/01 14 ; 纳 米晶 ai 一 m g 合金 的 真 应 变 量 仅 有 3 % ， 而 普 通 粗晶 态 ai 一 m g 合 金 的 真 应 变 值 为1 6 0，01151 。 由 于 强 度 与塑 性 ， 特别 是 均 匀塑 性变形能力是结构材料必不可少的两个宏观力学特性， 因此这种存在于块体纳米结构 材料中的高强度低塑性现 象将严重阻 碍其工程应用。 l l z块体纳米材料的低塑性现象及产生原因 在晶 粒尺寸小于30nm 的完全纳米晶材料中， 往往呈现出 极低的室温拉伸延 伸率， 通 常 断 裂 延 伸 率 不 足5 % ， 表 现出 脆 性 行 为 1161( 电 解 沉 积的 纳 米晶c 。 是 个 例 外， 晶 粒尺寸 1 2 nm 时室温延伸率达到7 0，01， 玛 ，许多纳米晶 材料在拉伸变形过程的 弹性阶 段就已 经达到它们的断裂应力: 更 为重要的 是， 在工程中 极为 有用的均匀拉伸变形在 几乎 所有的 纳米结构材料中都接近于零 1141 。 针对上述在纳米结 构材料中表现出普遍的 低塑 性现象， 通过众多实验研究与理论分析， 总结起来主要有以 下两个方面原因: l l 么1非本征原因 b o “ om 叩制备方法多采用先获得纳米颗粒后再进行烧结的方法获得块体纳米材 料118 ， 191 ，机械合金化就是 其中一 种较常 用的方法， 它是美国inc o公司 于 60 年代末 发展 起来的 用于制备具有可控微结构的金属基或陶瓷 基复合粉末的高能 球磨技术。 该 种方 法是在干燥的装料机内， 在惰 性气体氛围的保护下， 通过机械研磨过程中高速运 行的 硬质钢球与研磨体之间的相互碰撞对粉末粒子反复进行熔结、 断裂、 再熔结的 过 程 使 晶 粒不 断 细化 ， 达 到 纳 米 尺 寸 1201. 然 后纳 米 颗 粒 再 采 用 热 挤压 、 等 静压 等 技 术 制 得块 状 纳 米 材 料121 1。 k oc h 等 的 研 究 表 明 将 任 何 一 种 材料 经 过 足 够时 间 的 研磨 都 会 得 到 纳 米尺 寸 的 晶 粒 【221。 根 据 报 道 纯fe粉 末 球 磨的 平均 晶 粒 尺 寸为s nm. 但 是由 这 种 方法 制备的 材料往往致密度较低， 而 且在制备过程中还会引 入多种缺陷， 如纳米尺 度颗 粒易 氧化: 颗粒组合过程中易 于吸附 氏、 仇、 n z 或混入其他固体杂质颗粒: 烧结过程中 纳米颗粒的长大。 这些 缺陷都可以导致拉伸变形过程中脆性现象的发 生。 这些由 于致密度或制备过程中 引入缺陷造成纳米材料高强度低塑性现象是由于制 备技 术本身的 不足引起的，因此我们称之为非 本征原因。 l l .2.2本征原因 随着制备技术的进步，许多制备纳米材料的 新型技术相继出 现，如等径角变形 ( eq画 c h a n n e l angu 沁既s si ng， e c a p ) 、 高 压扭 转 ( hi ghpre ss ure to r s i叻， h p t ) 、 折叠 轧 制 法( a c culnu lati veroili ngb on d ， a r b ) 123 1 。目 前已 能 通 过 剧 烈塑 性 变 形 方 -2. 硕士论文 共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理 该项目 的 进行， 有助于纳米材 料力学性能的提升， 特别是解决当 前纳米材料普遍 呈现的低塑 性问题， 为其作为结构 材料的应用扫清障碍， 同时推动了 材料强韧化理论 的发展。 本课题选取典型的共析 z n 一 ai 和 c u 一 ai 体系合金，以 z n . 4 l wt % a i 和 c u 一 1 0. s wt. % a i 两种成分为研究对象 ( 通过杠杆定律的计算，二者先共析相的含量都 为4 0 %) ，研究共析体系合金的组 织分布控制及强韧化机理. 一 6 . 硕士论文 共析体系合金的组织分布控制及张韧化处理 第2 章 研究方案、 实验材料与实验过程 2. 1研究方案 本文的主要 目的是在z n -4l wt.%ai 和c u-10.8 wt.%ai 合金中通过不同的热处理工 艺获得不同的先共析相分布，并通过剧烈塑性变形的方式 在两种材料中实现晶 粒细 化，最终通过后续的退火获得晶粒尺寸双峰分布的材料。研究内容如下: (l ) 制定不同工艺的 热处理方案，获得不同的 先共析 相分布 状态; (2 ) 测定 先共析相的 分布参数: (3 ) 对不同 热处理工艺处理后的试样进行性能测试 ( 压缩性能、硬度等) : (4) 选 择适当 工艺热处 理后的材料进行剧烈塑性变形， 在zn一 l wt. % a l 合金中主 要采用e c ap 方式进行晶粒 细化，而在c u 一 1 0. s wt.% ai 合金中 主要采用h p t方式进 行晶粒细化。 (5 ) 对剧烈塑 性变形 后的试样进行组织观察( 晶 粒尺寸 和形貌、 材料内 部结构等) 与 性能 测试 ( 抗拉强 度、 延伸率等) ; ( 6) 总结出最优的热处理+剧烈塑性变形工艺，为后续的退火工艺做好准备. (7 ) 将 剧 烈 塑 性变 形 后 的 材 料 退 火， 获 得晶 粒 尺寸 双 峰 分 布。 (8 ) 将退火后的材料进行组织观察和力学性能 测试， 验证b 如odal思路的可行性 并 验证能否 在纳米材料中同 时获得高强度和高 塑性。 在两种合金中，具体的实验研究方案如下: ( 1 ) c u- 1 0 .s wt.% a l 合金 先 将锻造 态c u- 10.8 wt. % ai 合金固溶， 并通过选取不同的固溶温度和固溶时间获 得不同 尺寸的 单相组织:随 后冷却至共析转变温度5 65，保证先共析相完全析出; 由于 先共析相 尺寸不仅取决 于固溶后的单相尺寸和成分均匀程 度， 还取决于过冷度的 大小， 因 而可以 采用快冷获得较细小的先共析相或慢冷获得较粗大的先共析相; 随后 通过水 淬方式 处理共析组 织， 之所以 采用水淬方式处理共析组织而不是采用炉冷或空 冷等方式，是由于对于共析组织， 马氏 体的 硬度 最低 ( h rb 7 0 ) ，而经慢冷后形成的 珠光 体 约 为h r b 80， 同 时 文 献表明 155 1， 先 共 析 相+ 淬火 马 氏 体 的 复相 组 织的 硬 度 最 低， 因 此 较 适 合 进 行 后 续的 高 压扭 转 变 形 ( highp re ss 峨 肠r s ion， 简称h p t) 。 对比 热 处理后各种组 织的力学 性能， 选取变形性能较佳的 材料 进行h p t变形。最后 将 h p t 变形细化后的材料进行短时退火，获得晶粒尺寸双峰分布，随后进行力学性能测试。 实验总流程如图2. 1 所示: 一 7 硕 卜 论 文共析体系合金的组织分布控制及汪韧化处理 图2. i c u-m 名 wt% a . 合金实验流程 (2) zn一l wt. %a i 合金 先 将铸造态 zn礴 l wt. % a l 合金固溶， 固溶温度和固 溶时间保证先共析相完全固 溶， 文 献 表明 ，刃 ， 在3 60 固 溶sh可以 获 得完 全 单 相的 固 溶体 ， 在 此 基 础 上 通过 不 同的固溶温度和固溶时间 获得不同的原始相尺寸，随后炉冷或盐浴至共析转变温度 2 7 5 ， 通过不同的冷却速度获得不同尺寸的先共析 相， 并保证先共析相已 完全析出; 最后共析组织也处理成水淬组织，因为根据 卫 川 欧a l 印 1 等人的研究发现，把共析组织 一 1 8 . 硕士论文共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理 用 水淬方 式处 理获得的 材料塑 性较好。 定好 热处理工艺后， 将热处理后的材料立即进 行 室 温4 道次 的 等径 角 变 形 ( eq回 c h a n n e l a n g u larpress i ng ， 简 称eca p ) 。 实 验 总 流程如图2 .2所示: 盐浴至2 75炉冷至2 75 水淬 选择较优l 艺进行e c a p 变形 组织性能分析 图2. 2 z n 礴 l wt. % a ! 合金实验流积 2 .2实验材料 本课题中c u . a系 合金采用的是锻造态的c u 一 10s wt% a l 合金， 材料成分如表2. 1 所示。 一9- 硕士论文共析休系合金的组织分布控制及强韧化处理 表2 . i c u 1 0 名 wt.% a i 合金成分表 元 素( % ) 编 号fen imnsiai余量备注 0 . 0 1 1 0 .0 1 0 . 0 30 . 0 1 01 0 . 9 0 00 1 1 0 0 1 0 . 030 . 0()91 o8 2 0 . 0 1 1 0 .0 1 00 3 () 0 0 8 91 0 . 8 0 0 . 0 1 1 0 . 0 1 0 ， 0 3d . 0 1 11 0 . 7 9 0 . 0 1 1 0 乃1 0 . 0 3 0 . 0 11 08 6 1 0 . 7 5 1 0 . 8 5 -l-2-3碑-5 .三弓.二.二.二j.二 实验原材料c u 一 10.8 wt一% a i 首先铸造成 巾 l oonun 的铸锭锯切头尾后车皮，随后 在8 20 5 50的 温度下锻造成。 35刁s mm 的圆柱形棒材， 最终切削成小 3 嘶.z n l m的实 验棒材。 z n . a i 系合金采用的是铸造态的z n 一l wt一% a l 合余， 该材料的成分如表2. 2 所示: 表2. 2 zn 41叭%ai合金成分表 元 素 ( %) 编 号凡s nc um gs 主 a i余量 规格 ( n 刀 1 飞 ) znznznznzn 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 0 3 3 0 . 0 1 0 . 0 2 0 4 4 . 5 0 1 44 . 7 0 切 . 0 1 0， 0 2 0 0 0 1 5 (). 0 1 00 2 8 4 1 . 6 7 1 4 2 1 7 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 0 1 8 0. 0 1 0 .0 3 0 4 0 . 3 0 /41 . 4 2 0 . 0 1 (). 0 2 0 . 0 0 220 .0 1 0 . 0 2 84 3 . 7 5 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 0 %0 0 1 0 . 028 4 2 . 4 9 2 44. 1 5 巾1 0 0 x l 2 0 巾1 0 0 x 1 3 0 中1 0 0 x l 2 0 中1 0 0 x 1 2 0 o1 0 0 x l 00 -l-2-3碑巧 月.二月.几勺五.二弓.孟 实验原材料zn一 l wt.o/oai首先铸造成圆柱锭后锯切头尾后车皮， 保证每个铸锭的 直径为中 10 0 m ln 。 该合金之所以未处理成锻造态是由 于zn一 ai系合金在锻造过程中极 易发生破坏。 z j高 压 扭 转 变 形( hi 沙p 拙slt 作to “ 10 的 h p t( hi gh阮ssare to rsi o n ) 即 高 压 扭 转 变 形， 其 原 理图 如图2 3 所 示 61 1 。 一 个 圆盘薄片 试样位于承载基体和压头之间，在压头上施加几个 gpa的压强，同时基体 旋转，使得试样在基体和压头之间同时承受压力和旋转扭矩的影响而产生剪切变形， 从而细化晶粒。 同时由 于基体模具的限制， 材料在变形过程中不能沿半径方向向外流 变。 一0 硕 士 论 文 共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理 霎履 霎咫覆 霎步 鬓霎蟾 图 2 ， e c p 四 种 挤 压 方 式 1 “ 1 路径a : 每道次挤压后， 试样不旋转， 直接进行下一道次挤压; 路径 b a : 每道次挤压后，试样按 9 00 交替旋转进行挤压; 路径 bc: 每道次 挤压后， 试样 按同一方向旋转90。 进入下一道次挤压; 路 径c :每道次挤压后， 试样旋转1 8 。 。后， 进入下 一道次挤压。 本次实验的压力设备是2 0 。 吨四 柱式万能液压机 ( 型号y a 3 2 一 2 0 0)，吨位大小和 压头挤压速度可控。 于室 温下进行挤压， 润滑剂 选用二硫化钥 ( m os2) 与机油的混 合物。挤 压参数如表2. 4 所示: 表2. 4 e c 人 p 挤压实验参数 挤压参数 挤压方式bc方式 挤压温度室温 挤压速度l m m 油 挤压次数4 道次 模具参数巾 =9 00 ，甲=22:5 2. 5试样准备 z h 碑 l wt.% a i 合金的原始材 料为一个圆铸 锭， 圆锭高度大约为 1 0 0 一 130 m m。 将圆 锭通过线切割 的方法 沿着高度 方向切成 巾 3 0 mm 的棒材 作 为研究 试样 ;而 c u-1 0. s wt %a l 合金的原始材料即可以作为实验试样。其原始态组织如图 2. ， 、图 2. 8 所示: 一 2 3 硕士论文共析体系合金的组织分布控制及强韧化处理 第3 章 实验结果与分析 1 1c u 一 1 0. 8 w t %ai合金的组织分布控制及强韧化处理 3 1 ic u 一 1 0 . sw t. ./oa i 合金的热处理 由 于bimodal 结构材料的 力学性能与微米晶的分布有极其密 切的关系， 而微米晶 是由先共析相原位生成的，因此考虑通过不同的热处理工艺获得不同的先共析相分 布， 最终获得不同的微米晶分布，以 获得力学性能最优的bi m od al结构材料。 3. l l i 合金中的 存在相与主要的相变 c u . a l 合金的相图如图3. 1 所示: 图3. i c u 一1 合金相图 圆 从图中 我们可以看出， c u 一 ai合金系中主 要存在如下几相1 网 : 一 6 硕士论文共析体系合金的组织分布控制及咨韧化处理 固溶 z h 8 50 炉冷至 5 “ 温度 退火 0. 5 h 4 0 0 () 水淬 p = s g p a ， 。 5 室温 h p t 炉冷 时 间 ( 小时) 图3. 468 5 0 固溶zh炉冷至5 65水淬十h pt变形+退火处理流程图 固溶 2 卜 8 5 0 铅浴至 565 温度 退火 4 0 0 () 水淬炉冷 p = s g p a ， n = 5 室温 h p t 时 间 ( 小时) 图3. 47 85 0 固 溶zh铅浴至5 65水淬+h 盯变形+退火处理流程图 5 2 硕士论文共析体系合金的组织分布控制及张韧化处理 1 2z n 41 w t %a i 合金的组织分布控制及强韧化处理 锌铝合金是典型的共析体系合金， 因 其具有较优的力学性能和较好的耐磨性， 熔 化温度较低， 铸造和机械加工性能 优良 ， 成本低等一系列优点 而备受关注哪 ， 俐。 铝是 锌铝合金中首要的强化元素， 铝可以提高锌合金的流动性， 细化晶粒，改善铸件的机 械 性能 。 锌 铝 合 金中 ， 随 着 铝含 量 的 增 加， 强 度提 高 ， 韧 性 下降 iv0 1。 za40新 开 发 的 合金强度达到4 5 0 mp a ，而z a 1 2 约为2 5 0 mp a ，z a 2 7 为3 5 0 mpa，使用性能更加优越， 使用温度提高至巧压2 00，z a1 2 为9 0 一 1 20，z a2 7 为120 一 】 50，将传统z a 合金的 使用温度提高了50。 耐磨性及自润滑性高于铜合金，干摩擦磨损情况下，耐磨性比 铝青铜高 4 一 5 倍， 摩擦系 数比铝青铜低。 3. 2. 1 2 . 一 4lw %a i 合金的热处理 1 2. l i 热处理实验参数 z n . ai合金的相图如下图3. 4 8 所示: ， 斌 戒 . . 、 . . . . . . . 灿. . 如、 、 叭 ， 砚 液相 、 、 、 ， ，门 、 、 之 + 、 a i固溶体 ， ， 、 扁 . . . ， 、 甲 、 一 、 . 麟 一 产p 伟 二1 ，j产端黑彝 ! . 口 种 / 1 沪 尸1l件 一尸 丁 ! 谕 拭犷 拓 / 尹 “ a+口 “ 一固 节 体 1 /! 图 3 . 拐z n 一 1 合 金 相图 1 1 1 1 从z n . ai合金相图中 我们可以看出， zn一 4lwt. % a l 合金在3 53 460范围内 为单 相a 固溶体， 研究表明铸 态合金加热到3 60， 经 过长时间保温， 晶界中富铜相己 溶入 固溶体， 且共析相己消失 【 721。因此我们制定的 热处理方案如下表3. 5 所示: 5 3 . 结论 第 4 章结论 本论文主要研究在c u-1 0. s wt.% a l 和z n 闷 l wt. % a l 两种共析体系 合金中， 提出一 种实现晶粒尺寸双峰分布的新思路以解决纳米材料高强度低塑性的问 题。结论如下: (l ) c u . 1 0. 8 wt.% a i 合 金中 利 用晶 粒 尺 寸 双 峰 分 布 来 解 决 纳 米材 料 高 强 度 低塑 性 现象的思路是可行的， 其中微米晶来自先共析相的退火长大， 而超细晶来 自共析马氏 体相的退火分解。 (2 ) c u 一 1 0. 8 wt.o/oal 合金中 先共析相的尺寸主要取决于从固 溶温度冷却至共析转 变温度的冷却 速度，即过冷度的 大小，过 冷度越大，先 共析相的尺寸越小。 (3) c u- 10.s wt .% a l 合 金 中， 将 材 料 先 共 析 相处 理 成 细 小 弥散 分 布 状 态 能更 好 地 提 高最终得到的晶 粒尺寸双峰分布材料的 抗拉强度。 (4) c u- 10.s wt%ai合 金 中 获 得晶 粒 尺 寸 双 峰 分 布 材 料的 最 佳处 理 参 数 为: 8 50 固溶z h 铅 浴至5 65后水淬， 在室温进行h p t 变形， 变形温度为室温， 压强为s g p a ， 扭转圈 数为5 圈，最终进行 退火处理， 退火温度为4 00， 退火时间为0. s ho (5 ) z n -4l wt. % a i 合金经过固 溶处理后， 炉冷至共析转变温度2 75后水淬材料的 抗拉强 度均比 原始铸态材料 有所提高: 而固溶盐浴至2 75后水淬材料的抗拉强度均 都降 低， 且拉伸延伸率也 均比 原始 铸态低。 (6)z n . 4 1 wt .o/o ai合 金 在3 60 固 溶2 4h炉冷 至 2 75 后水 淬 材料 的 力 学 性能 最 好， 该材料在室温下进行 e c a p 变形 4 道次后依然完整，材料先共析相晶粒长大至 1 脚 左右， 而共析相晶粒细化至 4 00lun 左右，形 成晶粒 尺寸双峰分布的材料;且力学性 能测试表明， 在该 合金中 通过晶粒尺寸双峰分布思 路牺牲材料部分强度来提高材料塑 性的思路是可行的。 . 6 6 致 谢 致谢 感谢国家自 然科学基金 对本课题的资助，资助号:5 0474028 。 俄罗斯乌法航空技术大学先进材料物理研究所为高压扭转变形实验提供了大力 协 助， 在此表示感谢:同时 对俄方r 此 】 an 、 、 l i ev与坛 oralexan 如 v 两 位教授给予的 精心指导以及青年学者li lia 场ch 吨明日 拍 ， a rt urg anl ee v 在实验过程中 给予的积极配 合表示衷心感谢。 本 论文是在王经涛教 授的 悉心 指导下完成的， 导师渊博的知识和严谨的治学态度 使我受益非浅， 在实验进行过程中不断给我思想启迪， 培 养了我独立开展科研活动的 能力， 在此表示衷心的感谢和崇高的敬意。 在论文指导过程中， 导师深厚的学术造诣、 敏锐超前的洞察力和高屋建纸的 学术思想给我留 下深刻的印象， 这一切必将使我终身 受益 ! 感谢夏少华师兄在实验进行和结果分析中给予的 诸多帮助， 感谢李友荣老师在热 处理实验时的设备提供和分析指导。 感谢本教研室张悦、 康锋、 黄平、 郑茂、 陶俊、 苏燕铃、 徐婷、 鲁克成等同学在 实验进行和分析中给予的真诚帮助。 最后衷心的感谢父母多年来为我付出的心血， 在生活上与学习上给我极大的支持 与帮助。 石 7 - 一垫堕匕一一一一一一一一一一一一 参考文献 【 11 h . ole i t 既 n 即仍 t 川 t u 耐 m 吹r ials:bas iccon “p ts洲dm ic ro s l nj c tu 传iji a cta m at e r，2 0 的， 48 :l. 2 9 口 jr g m 跳 jc gibeli ng. 5 饥ic tu ra i n ano m at erial s . )吐盯 e n c y c 1o pe d 该of n ano scie n c 毛an d n 即以 娜h n 0 1 o 留 m i n ew、 ro rk: 2 004 口 】j e c k e 找 . s t ru c 加 r e f o 而叫on 朗 dm ec h an i cal b ehavioroftwo- p h 哪 n ano s o u c t u 茂 d mat . 肖 al s t m . inn 胡 ” 0 5 份 ” 日 泪 r ed m at e 的 al s ; k oc h ， c c . ， e d; n oye s p u b l i 。 鱿 i ons : n orw i c h ， n y， 2 (x)2 : 4 2 3 5 2 6 4 h v.o l e i ter. n 即 oc叮 s ta ll in e m a 肥 d a ls j p ro g i n m at ers c i ， 1 9 8 9 ， 3 3 : 2 3 3 5 j a 欣 以 m 翻， mr f itzs 主 m m o ns， mmu l l er-s 枉 h ， 以ai ， 仆e 七 1 画 。 p r o 伴rt 记 s of枷 o s t n l 咖耐 a g m e as u r e d byl 别 沁 r ul tr as oni c t ec h n i q u e j ， n ano s t r u c t u r e d m ater l 9 9 2 ， 1 :47 6 g wn i e m 明， jr节 阳 e “ m an， r ws i e 参1 . m i c ro h ardn es s o f n anoc ly 刘 i i n e p a l ladi u ma n d c 0 p 沐r pro d u c edbyi n ert. g ascon d 即satio n j 1 . scd pta m e 拍 】 1 ， 1 9 8 9 ， 2 3 : 2 0 1 3 7 10 w n i em叽 jr wee “ 1l l an ，r w s i e gel ， c l u s te r a n dc l us 抚 r a ssem l l ed m ater i a l s m l ， i n : av. r b a c k r s b e r b 卜 0 1亡 j and n e ! s o n dlm a t e r lr e s ， s oc s y lnp p roc. 2 0 6 p ittsb u 吵 p: m a t e 石 al s r e s ” c 卜 s oci吧 ty，l 卯1 : 5 8 1 1 9 1肠u . ml. ;l a v e m i a.e . j . therm 目s p r a yp r o c e s i ng o f n an“哪ta l l in em ateri al si m i . 加 n 胡 o s t ru c trued m 出ri al slnn an璐 t 刊 加 r ed ma 忱 ri 目 5 ; koch， c c. ， e d. ; n oyesp u b 】 i c 创 i ons: no 尸 胃 ic h ， n丫200 2 : 5 1 一2 汐 1田 赛 霞 . 金 属 纳 米块 体 材 料 制备 加! : 技 术 和 应 用 ijj . 材 料 科 学与 工 程 ，2 001 ， 19 (4 ):l2 7 一 1 30 11 0刘 珍 ， 梁 伟 ， 许 并 社 等 . 纳米 材 料制 备 方 法 及 其 研 究 进 展 j. 材 料 科 学 与一 1 几 艺 ，2 000 ，8 (3 ):l。 3- 1 07 【 川 张振忠， 宋 广生.杨根仓等. 块体金属纳米材料的制备技术进展及展望ij. 兵器材料科学与工 程， 1 9 99.2 2 ( 3 ) : 4 6 5 0 1 1 2 只 qs 明 d e 低j . a . e 蟹 加朋， j r . m 触 . 代 m an. e l as ti c and 卿s i l e b e h avioro f n anoc叮 st a ll in e co p per 即d p a i目1 帅 tj i . a 也 m a l 代1 997 ， 4 5 :4 0 1 9 一 025 1 3 q w.n i e 代 以 氏 j .r . wee n m a n ， r 。w.s i e g le m ech即 1 阔be h av 云 oro f n an oc 口 s ta 】 l i n e c u 明 d pdij i j m水r r e s ， 1 9 9 1 ， 6 : 1 0 1 2 1 41y. mw 如 乐m.w. c hcn ， f.zh叽 etal . h i 沙tens 云 l e d uctil it y i n a 侧 o s tl ” 引 旧 代 d m 喇 1 月 n ato低 2 002 ， 4 1 9 :9 1 2 一 9 1 4 1 习w. d 州d，z . 比. ， rr edri g u e 几etal . a 卜 m gal l oye n g in e e 代 泪侧thb im odalgr a i n s i邓 fo r hi gh 鱿 r e n gth and i n c 律 日 转 d d uctil i ty j . s c ri pta m at e r ， 2 0()3 ， 4 9 : 2 9 7 一 0 2 t l 6 c . c . k och . d u ct i l i tyi n n an o st ru ctu刚 an du i tia f i 朋一ra i n ed m at e r i a l s : r e c ent evid e n “for o p t i m is mj 1 . j m e 1as t n anoc ry st mater 2 003 ， 1 8 : 9 一8 参考文献 1 7 a . a . k 颐m 详 沁 r，u . e rb ， k .t.a u 1 e t al . 介档i le p r o pert i e s o f b u lk n 朋伙甲 s ta盛 1 鹅h e 粗 堪 。 回 c o balt e i . c 汀 叼e 冈s i tsj 1 . mat e r s c i f oru 风 2 002 ， 4 1 5 :3 8 6-3 8 8 11 幻i r .w 比 rt m 胡，c. c k och 一，ed i to n 翻 。 欲 川 。 加 r “ m ateri al s: p r oce s si 咯 扭 。 伴币 es 翻 d 却p li a 越 i ons m. n o 渊i c h : 铂l l i ama ndre wpub l i sh i ng. 200 2 :3 9 7 1 9 r g s an 山。 ， c j . yound ahl ， j r w 比 it m an. t h es 加咫 劝 o f nan oc叮 s ta 】l ine m d 川 s wi thand w it h 0 u 宜 月 aws l 月 . m al . r s c i e 咯 a ， 1 997 ， 2 3 4 . 2 3 6 : 7 7 一 8 2 2 0梅本富， 吴 炳尧. 开发新型合金材 料的新工艺一一机械合金化法闭 材料 科学与工程， 1 992 ， 4 : 3 -7 121 f.ebrahi m i ， q r . b o u rl 记 ， m.5 . k e l l y，at 目 . m e c h ani cal p r o pert i e s幻 an ocry s l al l in en i c 助】 p r o d u c edbye l e c t r ode pos iti on 月n an0 s t rij c t u 刚 m at erial s ， 1 1 ( 3 ) : 3 4 3 一 5 0 2 2 j r g ro za n 朋 ocry sta1 l i n e p