定茜

摘要：隨著人類對網(wǎng)球熱衷程度的提高，對網(wǎng)球的性能提出了更高的要求，于是制作高端網(wǎng)球拍顯得相當(dāng)重要。鋁合金的性能較好，其密度較小、具有很較好的耐腐蝕性，將其應(yīng)用于高端網(wǎng)球拍中比較合適，能夠提高網(wǎng)球拍的應(yīng)用效果和舒適感。不同的鋁合金具備的顯微組織和力學(xué)性能將會不同，應(yīng)用于網(wǎng)球拍中的效果也會存在差異，于是文章通過實(shí)驗(yàn)研究的方式，研究了鋁合金的顯微組織和力學(xué)性能。由于鋁合金性能會受到多方面因素的影響，文章主要對其時效工藝中的時效溫度和時效時間進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，當(dāng)時效時間為20h、時效溫度為150C時，鋁合金的平均晶粒尺寸最小、顯微組織比較均勻，并且具備良好的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球;鋁合金;顯微組織;力學(xué)性能

中圖分類號：TG166.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0146-04

鋁合金不僅具備密度小的特點(diǎn)，還具有不錯的耐腐蝕性能，由于網(wǎng)球拍需要具備質(zhì)量輕的特點(diǎn)，將鋁合金應(yīng)用其中可以發(fā)揮較好的應(yīng)用效果，并且鋁合金的性能對網(wǎng)球拍柄的使用效果具有一定的影響，于是對鋁合金性能進(jìn)行研究具有一定的實(shí)用價值。然而鋁合金的性能受到很多因素的影響，比如常見的熱處理工藝和其組成成分等，付佳等人就研究了鋁合金的力學(xué)性能和組織受到熱處理的影響[1]。同樣還有其他學(xué)者對其進(jìn)行研究，只是研究的鋁合金類型不一樣[2-3]。另外，時效工藝也會影響到鋁合金的性能，并且對于這方面的研究比較少，于是本文將從時效工藝方面研究網(wǎng)球鋁合金拍柄的顯微組織和力學(xué)性能。林松盛等人對鋁合金進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)銦能夠提高其性能”。于是為了增加鋁合金的性能，在Al-Mg-Zn鋁合金的基礎(chǔ)上加人元素In，于是可以變成Al-Mg-Zn一In鋁合金，將其運(yùn)用于網(wǎng)球拍柄中具有較好的性能。然而鋁合金的時效工藝會對其性能造成影響，所以為了得到更加優(yōu)質(zhì)的鋁合金，將會其時效工藝對鋁合金顯微組織和力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究。另外，時效工藝中包含的因素較多，于是本文將通過實(shí)驗(yàn)研究的方式主要對其時效時間和時效溫度進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)所需要的材料主要為Al-Mg-Zn新型網(wǎng)球拍鋁合金擠壓板材。實(shí)驗(yàn)過程中需要使用到的儀器主要為金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、光譜儀、沖擊試驗(yàn)機(jī)。

1.2試樣的制作

在板材的制作過程中，其中涉及到的相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：擠壓速度為3mm/min，擠壓溫度為490C。材料的擠壓完成之后，需要快速的對材料進(jìn)行在線淬火，選擇的淬火方式為水淬。于是需要將制作好的板材進(jìn)行切割，切割成多個小樣作為實(shí)驗(yàn)的試樣，試樣的尺寸大小為40cmX20cmX0.4cm。然后再將這些試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，研究不同工藝的時效處理對鋁合金的力學(xué)性能的影響。表1即為5個試樣中時效工藝參數(shù)。

1.3實(shí)驗(yàn)過程

通過光譜儀對試樣進(jìn)行測試，檢測其化學(xué)成分，其檢測結(jié)果如表1所示。然后再通過顯微鏡對不同工藝時效的試樣進(jìn)行觀察其顯微組織。再在常溫環(huán)境下使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)，對試樣的拉伸方向與擠壓方向是垂直的。當(dāng)進(jìn)行拉伸之后，試樣出現(xiàn)斷裂，則使用掃描電子顯微鏡對斷口進(jìn)行觀察。最后在室溫環(huán)境下，通過使用沖擊試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行沖擊測試，測試試樣的沖擊性能，缺口的形狀為V型。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1拉伸性能

2.1.1時效溫度相同的情況

當(dāng)時效溫度相同時，研究時效時間對鋁合金拉伸性能的影響。同樣使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對不同時效時間下的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其中的時效溫度設(shè)置為150C，最后試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，與第一種情況一樣，試樣的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后收縮率的變化趨勢也是先增大后減小，可知當(dāng)時效時間過程或者過短時都不利于試樣的拉伸性能。從圖中可以看出，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后收縮率的最大值分別為416MPa、362MPa、19.8%。于是通過設(shè)置的3種時效時間可得到如下結(jié)論：當(dāng)時效溫度設(shè)置為150C、時效時間設(shè)置為20h時，其拉伸性能達(dá)到最大。

2.1.2時效時間相同的情況

通過使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對不同時效溫度下的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后，其檢測結(jié)果如圖2所示。其中設(shè)置的時效時間均相等，都為20h。從圖中可以看出，當(dāng)時效溫度不同時，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后收縮率都會發(fā)生變化，其變化趨勢均為先增大后減小。由于時效溫度只設(shè)置到3種情況，所以能夠大概得到當(dāng)時效溫度設(shè)置為150C時，其3種拉伸性能均達(dá)到最大值，分別為416MPa、362MPa、19.8%。從而可以得出如下結(jié)論：當(dāng)時效時間為20h、時效溫度為150C時，網(wǎng)球鋁合金拍柄的拉伸性能最好。

完成拉伸實(shí)驗(yàn)之后，試樣會發(fā)生斷裂情況，于是需要使用掃描電子顯微鏡對斷口出進(jìn)行觀察，在室溫環(huán)境下的觀察的結(jié)果如圖3所示，其中涉及到的時效時間為20h，時效溫度為150C，即所測試的試樣為試樣2。從圖中可以看出，鋁合金斷口面包含著比較少的撕裂棱和較多的細(xì)小韌窩，所以鋁合金的斷裂方式為韌性斷裂。從而可以得到在該情況下，新型鋁合金的斷裂方式為韌性斷裂。

2.2顯微組織

本文所研究的試樣中，每一種試樣的時效工藝不樣，通過對不同的試樣檢查其平均晶粒尺寸，其檢測結(jié)果如圖4所示，檢測的時效工藝對平均晶粒尺寸的影響。從圖中可以看出，時效時間設(shè)置為20h，當(dāng)時效溫度越來越高時，其平均晶粒尺寸大小的變化趨勢為先減小后增大。同樣，當(dāng)時效溫度設(shè)置到150C，當(dāng)時效時間不短增加時，試樣的平均晶粒尺大小的變化趨勢也是先減小后增大。另外，從圖4中可以看出，試樣的平均晶粒尺寸最小大致為，此時的時效時間為20h和時效溫度為150C時。

對平均晶粒尺寸最小的試樣使用顯微鏡進(jìn)行觀察，得到其顯微組織照片如圖5所示，從圖5中可以看出，其晶粒比較小，并且組織比較均勻。于是可以得到在時效時間設(shè)置到20h、時效溫度設(shè)置到150C時，網(wǎng)球鋁合金拍柄顯微組織比較好，應(yīng)用于網(wǎng)球中能夠具備較好的性能。