分配器铝基复合材料.doc

6061Al铝基复合材料界面反应研究摘要：铝基复合材料作为一种新兴材料，由于其具有高比强度、高比模量、耐高温、抗辐射、尺寸稳定性好等优异的综合性能而受到人们的广泛关注，并将逐步取代部分传统的金属材料而广泛应用于航空、航天、汽车制造业等领域，成为当今金属基复合材料发展与研究的主流。铝基复合材料的焊接是形成结构件必不可少的加工手段。由于该种材料基体与增强相间物理性质（如熔点、电阻率等）相差很大，在高温下基体与增强相之间极容易发生界面反应，生成脆性化合物，很难形成优质焊接接头1，2。所以，研究和控制在焊接条件下铝基复合材料的界面反应对该种材料的实际发表于：2009-12-11 01:03:5370年代研制的6013合金，由于控制了Cu、Mn含量，其强度比6x x x系一般的合金要高，6013合金含有Mg、Si和Mn等元素，其耐蚀性能显优于传统的7x x x系合金的，且成形性优良。国内在这方面的研究比较少，有待于深入研究，为此，本文较系统地研究了热处理制度对6013合金拉伸性能的影响。考虑到6061合金研究的历史较长，其热处理制度和工艺性能控制均近于优化。是一种较成熟的合金。它与6013合金又同属一系，因此，实验中特选择这两种合金进行对比，通过比较6013和6061合金的室温拉伸性能，探索两种合金的优化热处理制度，从国外已有的研究看，6013合金是一种综合性能很好的新型铝合金，在民用领域以及军工航空工业中均有着广阔的应用前景。 1实险方法 所采用的原料为：工业纯铝9995(质量分数下同)，2#镁999，以及Al-492Cu，Al-17 68Cr，Al-2218Si和Al-10Mn中间合金。在空气炉中熔炼，然后，浇铸成20mm厚的板坯铸锭。合金板铸坯的化学分析成分如表1所示。 铸坯铣面后于510-535、12h均匀化，经热轧及冷轧，最终轧为2mm厚的板材。6013及6061合金在532-565固溶处理25min，然后于室温水淬，再于177人工时效或自然时效或室温停放后于177时效。拉伸实验是在国产的WD-10A电子拉伸试验机上进行，拉伸速度2mm/min，将部分拉伸样制成金相样品，利用混合酸(08HF+12HCl+2HNO3，这里百分数是体积分数)为浸蚀剂，浸蚀后观察其金相组织。 2实验结果与分析 21 人工时效 6013和6061合金固溶处理后，于177时效，拉伸实验结果如图1所示。由图1可以看出6013合金在时效2h获得最高的抗拉强度：409MPa，屈服强度328MPa，此时的延伸率为17：6061合金在时效8h获得最高抗拉强度；324MPa，屈服强度296MPa，此时的延伸率为156：6013最高抗拉强度明显高于6061合金的；在时效4h后延伸率为都有下降，但都不低于10。 在6013台金中，其主要强化相是Mg2Si相，在6061合金中，主要强化相仍是Mg2Si相；此外，两合金中还可能形成少量的S和CuAl2相。由于在所研究的6061合金中Mg2Si及Si的含量均明显低于6013合金的，因此，其强化效果不如6013合金的；从成分上看，在组成Mg2Si相后6013合金中还有少量的Si过剩，由于过剩Si可以增加时效过程析出相的成核率，可细化析出组织，从而能显著提高合金的强度，但过剩Si会降低材料的韧性，所以使合金的延伸率明显低于6061合金的；此外，6013合金中Cu含量也比6061合金的高，也将使6013合金时效效果增强。在峰值状态下，6013合金的组织中还可能同时存在过渡相，如：”和相。相与基体保持共格关系，并具有较大的晶格畸变，阻碍位错运动，可使强化效果增大，但随着过渡相的增多，与基体变成半共格关系，使畸变变小，降低相的强化效果。 22 自然时效 两种合金在自然时效态后拉伸性能如图2所示。由图2可以看出；自然时效336h后拉伸性能基本稳定。该状态下6013合金的最大抗拉强度为：343MPa，比6061合金的263MPa高出约30，而6061合金的延伸率普遍比6013合金高，最大可高30。随自然时效时间的延长，两种合金的延伸率均缓慢下降，其最低值不小于15。 在自然时效过程中，由于强化相Mg2Si在室温下析出极为缓慢，Si主要保留在固溶体中，所以自然时效效果不大，但是在自然时效过程中，6013合金中会产生许多GP区，它能在一定程度上阻碍位错的运动，因此，随自然时效时间延长，GP区的不断析出，合金的强度逐渐增大；由图2可以看山，当自然时效2-3周后，合金拉伸性能即已基本稳定。 23 室温停放 对6013和6061合金实施室温停放+T6工艺，即水淬后，在室温下停放1、12、24、36、48、60、72h，然后分别进行177，8h；177，24h时效，所得拉伸性能曲线如图3所示。 由图3可以看出：两种合金的停放放应都很明显；6013合金在室温停放36h后时效，强度降低到最低值，而6061合金在停放24h左右降低到最低值，随后合金强度又有所回升，但是6013合金的最低抗拉强度380MPa仍比6061合金的最低抗拉强度307MPa高出约20；6013合金的最大抗拉强度和最低抗拉强度之差约为20MPa即停放时间所导致的强度降低；而6061合金的约为30MPa，由此可见6013合金的停放效应小于6061合金，在延伸率上两种合金较接近，均保持在10以上。 般认为，合金固溶处理后于室温停放，停放时间越长，人工时效后组织中心过渡相也越粗大，因而硬度和强度较低。但本研究表明，在室温下若长时间停留，合金的强度还将有所回升。对此可进行如下解释：当合金固溶处理水淬后在室温下停留，合金中的过剩硅将首先形成偏聚，而镁、硅原子的GP区则在硅核上形成。如果在室温停留时间较长，合金中将形成大量硅的偏聚团，因而固溶体中溶质元素的浓度大人降低；在随后的人工时效过程中，那些小于临界尺寸的GP区，将重新溶入固溶体，致使稳定的晶核数目减少，从而使GP区在随后的177时效时，将集中在较少的硅核上形成，趋于形成粗大的过渡相，因而影响了材料的性能；但如果延长停放时间，则那些小于临界尺寸的GP区，有可能长大到稳定的晶核尺寸，因此，使合金的强度有所回升。此外6013合金中含Cu量较高，Cu能稳定空位或者与镁、硅原子和空位形成迁移速度更慢的复杂集团，从而减慢硅向GP区迁移的速度，有可能使硅在GP区内的偏聚程度相对降低，从而缩短室温停放时间。 24 6013和6061合金拉伸性能的各向异性 固溶处理及水淬后，6013合金在177、24h，6061合金在177、8h时效的一组样的拉伸结果如表2所示。由表2可清楚地看到：6013和6061合金在T6状态下的纵、横向拉伸性能接近，各向异性不明显。这与国外文报道的结果是相吻合的。 3结论 (1)6013合金具有快速时效的特性，固溶水淬后，177时效仅2h即获得最高抗拉强度409MPa。6013合金的峰值强度比6061合金的高约25，延伸率比6061合金