铝和铝合金的深冷处理.docx

①铝和铝合金的深冷处理陈鼎,黎文献(中南大学材料科学与工程系,长沙410083)[摘〗要]采用了在-193℃长时间保温,缓慢升温到150℃的深冷处理工艺,对1～8系的12种常用铝合金进行处理。研究发现,深冷处理可以提高1230,2017,2024,3003,4032,7075和8009合金的室温拉伸强度,但其塑性有所下降;深冷处理对2618和5254合金的室温力学性能影响不大,但降低了6063合金的室温拉伸强度,提高了它的塑性。对上述常用铝合金深冷处理前后的XRD衍射图谱研究表明,深冷处理可以使得这些合金某些衍射晶面上的衍射强度发生明显的变化。研究了二次深冷处理对1230,7075和8009合金力学性能的影响以及深冷处理对8009合金高温性能影响。对铝合金深冷处理的机理进行了探讨,并提出了深冷处理的收缩效应和晶粒转动效应。[关键词]铝合金;深冷处理;晶粒转动[中图分类号]TG146.2;TG156.91[文献标识码A深冷处理称为超低温处理,它是指在-130℃以下对材料进行处理的方法,是常规冷处理的一种延伸。一般来说,深冷技术不仅用于高速钢、轴承钢、工模具钢的处理,以提高材料的耐磨性和韧复到室温,5～6h升温到150℃。预先加工好的试样经深冷处理后在CSS24410电子万能实验机上进行拉伸实验,试样个数为每实验点5～10个,取平均值。另外,在德国西门子D500上进行X射线衍射实验,为了保证X射线衍射结果的正确性,先将未进行深冷处理的试样进行X射线衍射分析,并作好标记,以确定样品和样品架的位置,然后将样品进行深冷处理后,再在同一台仪器上,按完全相同的实验条件对深冷处理后的样品进行X射线衍射实验。性1～3;同时深冷处理还能对铝合金、铜合金、硬质合金、塑料和玻璃等材料进行改性,以改善材料的均匀性和提高尺寸稳定性,减少变形和提高其使用寿命4～6。目前国内外对钢铁材料进行深冷处理的应用和机理研究的工作较多,但是对铝合金旨在提高其强度性能、探索其深冷机理的研究工作却非常少。本研究目的主要是为了提高铝和铝合金的强度性能,因而采用了一种长时间深冷处理的工艺。研究发现,某些铝合金的性能得以提高,并且发现深冷处理引起铝合金X射线衍射峰值的强弱发生了明显的变化。2结果和讨论2.1深冷处理对铝和铝合金力学性能的影响2.1.1一次深冷处理后的室温力学性能对1～8系12种不同成分和热处理状态的铝合金进行深冷处理,再将深冷处理前后材料的力学性能进行比较。表1为铝合金深冷处理前后的力学性能比较表。从表1可以看出,热挤压态的工业纯铝1230合金和淬火+自然时效的2017合金经深冷处理后屈服强度有明显的提高,延伸率有所下降。淬火+自然时效的2024合金、全硬态的3003合金、热挤压态的4032合金、热挤压态的7075合金、淬火态+自然时效7075合金、喷射沉积及粉末固结的8009合金经深冷处理后抗拉强度、屈服强度和实验装置和方法1采用美国CI公司CI2351装置进行深冷处理。该设备使用了先进的微电子处理器对深冷处理过程进行控制,并可以通过显示器进行人机对话来改变工艺参数,而机器本身对于不同的处理材质具有不同的相对成熟的工艺曲线程序。实验采用的深冷处理工艺为,10～12h缓慢从室温降温到-193℃,20～24h超低温(-193℃)保温,12～18h缓慢回①[收稿日期]2000-03-30;[修订日期]2000-07-10[作者简介]陈鼎(1975-),男,博士研究生.中国有色金属学报2000年12月·892·硬度均有提高,但延伸率有所下降。淬火+自然时效的2618合金和全硬态的5254合金深冷处理前后力学性能变化不大。热挤+自然时效的6063合金经深冷处理后强度性能下降,但延伸率有所提高。2.1.2二次深冷处理效果为了研究二次深冷处理是否能进一步提高材料的性能,选择了一次处理效果较明显的1230合金、7075合金和8009合金进行二次深冷处理。二次深冷处理的力学性能如表2所示。从表中看出,对于热挤压态1230合金,经二次深冷处理后,其强度性能反而有所下降;对于热挤压态7075合金和喷射沉积+热挤压态8009合金,经二次深冷处理后,其性能得到进一步提高;而对于粉末固结的8009合金,二次深冷处理与一次深冷处理后的力学性能相差不大。2.1.3深冷处理对耐热铝合金高温性能的影响经深冷处理的耐热铝合金室温性能如表3所示。从表中可知深冷处理不但可以明显地提高耐热铝合金(8009)的室温抗拉强度、而且能提高其高温强度。2.2铝和铝合金深冷处理前后的X射线衍射结果比较2.2.1一次深冷处理的X射线衍射结果分析对经过一次深冷处理前后的各种铝合金进行了原位X射线衍射分析。结果表明,深冷处理会引起合金的X射线衍射峰值的强弱变化。表4给出了12种合金一次深冷处理前后X射线衍射峰值强度的变