纳米Al_2O_3P_6061铝基复合材料时效硬化特性的研究

纳米A l2O3P 6061铝基复合材料时效硬化特性的研究

黄永攀,李道火,黄伟

(中科院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031)

摘　要:探讨了不同纳米氧化铝颗粒含量、不同时效温度对纳米A l2O3P 6061铝基复合材料时效硬化行为的影响,

结果发现,因强化相颗粒与铝合金基体的热膨胀系数差异,提供了析出物形成与成长的驱动力,导致其峰时效时间随强化相颗粒含量的增加及时效温度的升高而缩短,但其峰时效硬度会因时效温度提高使得析出物过度成长而随之降低。复合材料因受强化相与基体材料热膨胀系数的差异、强化相造成的铝合金晶粒细化以及强化相颗粒分散强化等三项因素影响,其硬度值随强化相颗粒增加而提高。

关键词:纳米A l2O3P 6061铝基复合材料;时效硬化特性

中图分号类:T G146.2+1;TB333 文献标识码:A 文章编号:100123814(2004)0820013202 Study on the Ag i ng Harden i ng Behav ior of Nano A l2O3P 6061Com posites

HUANG Yong2p a n,L ID a o2huo,HUANG W e i

(A nhu i Istitu te of Op tics and F ine M echan ics,Ch ineses A cad e m y of S ciences,H eif ei230031,Ch ina)

Abstract:T he influence of differen t A l2O3particu late con tained and differen t aging temperatu re on aging harden ing behavi o r of nano A l2O3p 6061compo sites w as discu ssed.T he resu lt show s the peak2aging ti m e of the compo sites de2 crease w ith increasing aging temperatu re,becau se the differen t therm al coefficien t of the A l2O3particu late and60612alu2 m inum alloy p rovid the driving fo rce to nucleati on of p reci p itate.A nd the peak2aging hardness also decreases w ith in2 creasing aging temperatu re,becau se of over grow th of p reci p itate.T he hardness of the compo sites decreases w ith increas2 ing of the w eigh t percen t of the A l2O3particu late.T h is is becau se of the compo sites influenced by the differen t therm al coefficien t of the A l2O3particu late and60612alum inum alloy,the fine grain size harden ing resu lted from the ceram ic par2 ticu late and the dispersi on harden ing resu lted from the un ifo rm particu late distribu ti on.

Key words:nano A l2O3P 6061compo sites;aging harden ing behavi o r

α　对复合材料而言,基体合金的力学性能对复合材料的性能有着重要的影响,因此铝基复合材料的时效析出行为得到了人们的广泛关注[1～3],如D u tta等[1]研究了基体中位错密度及其分布对复合材料时效行为的影响,L in等人研究了Si C含量对复合材料时效行为的影响[3]。本文将不同纳米A l2O3颗粒含量的6061铝基复合材料铸件进行不同温度和不同时效时间的T6热处理,通过测定各时效硬化处理试样的洛氏硬度,以了解纳米强化相颗粒及其含量对纳米氧化铝颗粒增强6061铝基复合材料人工时效的影响。

1　试验方法

1.1　纳米A l2O3P 6061铝基复合材料的制备

以6061合金为基材,以平均粒度约为50nm的Α2 A l2O3颗粒作强化相,制备出强化相含量(质量分数,%)分别为0.3、0.6、0.9及1.2的A l2O3P 6061铝基复合材料。其制备方法是:先利用复合铸造技术,将高百分比的氧化铝颗粒加入铝合金中形成铝基复合材料。为了使基体中的氧化铝颗粒分布均匀,采用固体旋转摩擦的方法,将团聚于铝合金基体中的氧化铝颗粒予以均匀分散于磨屑中。再利用重力铸造的方式,将磨屑加入铝合金熔液中予以均匀熔合,浇铸成所需的氧化铝颗粒均匀分布在铝合金基体中的复合材料铸件。

1.2　热处理

从6061铝合金基体材料及所制备的不同强化相含量的复合材料铸件上截取硬度试样,将其置于530℃空气炉中保温2h后置入室温(27±3℃)水中冷却,以完成固溶处理。接着,再将固溶处理完毕的试样放入空气炉中,在140、160、180及200℃时效温度条件下保温不同时间后取出空冷。

1.3　绘制时效硬化曲线

热处理后的试样用细砂纸研磨,用洛氏硬度计进行硬度测试,每一试样取其4点硬度的平均值作为它的硬度值,依据所测硬度值,绘制时效硬化曲线,以分析时效温度及强化相含量对时效硬化特性的影响。

2　试验结果与分析

图1为6061铝合金及不同强化相含量的A l2O3p 6061铝基复合材料在140、160、180和200℃的时效硬

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《热加工工艺》　2004年第8期试验研究

α收稿日期:2004203209

作者简介:黄永攀(19722),男,安徽砀山人,工程师,在读博士研究生。