熱處理對Ti/Al-7Si-0.3Mg復(fù)合材料界面力學(xué)性能的影響

在鑄造鋁合金內(nèi)部嵌入鋼、鑄鐵或鈦對鋁合金進(jìn)行局部加強(qiáng)是提高鋁合金力學(xué)性能的重要方法。已有研究表明，Al-7Si-0.3Mg合金中嵌入Ti棒，在適當(dāng)?shù)臈l件下嵌入物和基體界面之間會形成較強(qiáng)的冶金結(jié)合。含Mg的鋁合金可以通過熱處理提高其性能，但熱處理對嵌入式雙金屬復(fù)合材料的金屬界面同樣具有明顯的影響。如嵌入式Fe/Al-7Si-0.3Mg雙金屬復(fù)合材料經(jīng)T6熱處理后，抗拉強(qiáng)度下降了十分之一。有關(guān)熱處理對嵌入式Ti/Al-7Si-0.3Mg雙金屬復(fù)合材料界面力學(xué)性能的影響尚未見報導(dǎo)，因此，法國里昂第一大學(xué)的研究人員對此進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)采用的材料為純鈦棒(直徑5 mm)和Al-7Si-0.3Mg鋁合金(牌號為AS7G)。嵌入工藝規(guī)范為:在惰性氣體保護(hù)的坩堝中將Al-7Si-0.3Mg合金熔化，然后將固態(tài)鈦棒浸入鋁液中，再冷卻至室溫。為保證鑄件的冶金質(zhì)量，試件在705～720℃進(jìn)行了10 min左右的滲鋁處理，隨后的冷卻過程中也進(jìn)行了特殊的保護(hù)。此外，實(shí)驗(yàn)還采用了定向凝固技術(shù)，以避免在基體中及金屬界面處形成疏松缺陷。對制備的雙金屬鑄件進(jìn)行了540℃ ×10 h/WQ+170℃ ×6 h的T6熱處理。力學(xué)性能試樣為5 mm厚板樣，采用線切割的方法從雙金屬鑄件上截取。部分試樣用于鑄態(tài)金屬的力學(xué)性能測試，另一部分試樣用于熱處理態(tài)試樣的力學(xué)性能測試。力學(xué)性能試樣分為兩種，一種是傳統(tǒng)的推出試驗(yàn)，另一種是圓彎曲試驗(yàn)。將力學(xué)性能試驗(yàn)后的試樣切割成兩半，一半沿平行于鈦棒軸線方向制樣，另一半切開后將鈦棒從基體中移除作為試樣。用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和附帶的能譜儀對試樣進(jìn)行了觀察和微區(qū)成分分析。研究結(jié)果表明，T6熱處理可以顯著提高Ti/Al-7Si-0.3Mg雙金屬復(fù)合材料中Al-7Si-0.3Mg基體的強(qiáng)度，推出模式破壞的起始載荷明顯提高。界面附近Al-7Si-0.3Mg共晶基體中帶棱角的Si顆粒會消弱基體強(qiáng)度。經(jīng)熱處理后，Si顆粒由棱角狀向球狀轉(zhuǎn)變。此外，由于Ti/Al-7Si-0.3Mg界面處富Si化合物的形成，使Si原子由鋁合金基體向Ti棒中擴(kuò)散，界面附近的Si顆粒尺寸和數(shù)量都會明顯減少。這些顯微組織的變化使Ti/Al-7Si-0.3Mg雙金屬復(fù)合材料經(jīng)熱處理后的強(qiáng)度升高。目前的測試方法還不能很好地反映嵌入式雙金屬復(fù)合材料界面的固有力學(xué)特性，如能量釋放速率或界面韌性。今后的力學(xué)性能測試和試樣形式都有待更新，以便更好地解釋雙金屬復(fù)合材料界面化學(xué)和力學(xué)性能之間的關(guān)系。

羅媛媛摘譯自《Materials Science and Engineering A》