鋁合金強(qiáng)化機(jī)制研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1鋁合金概述1.1.1鋁及鋁合金鋁及鋁合金可以說(shuō)是當(dāng)前世界上所有的合金中相對(duì)來(lái)說(shuō)較為輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，密度約為2.7g/cm3，其強(qiáng)度大約為90~120MPa左右，延展性好，常被用來(lái)制作為工業(yè)構(gòu)件[1-3]。純鋁化學(xué)性質(zhì)活潑，耐腐蝕性能好，因?yàn)楸砻嫒菀妆谎趸纬裳趸?。純鋁的熔點(diǎn)約為660℃，沸點(diǎn)約為2060℃。地殼中鋁元素含量豐富，約占8.3%，是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中用途最為廣泛，最為經(jīng)濟(jì)適用的材料[4-5]。1.1.2鋁合金的特點(diǎn)及分類純鋁一般作為工程材料，力學(xué)性能、機(jī)械加工性能不好等，因此，通過(guò)合金化鑄造成新型的鋁合金是強(qiáng)韌化鋁合金的重要途徑[6-7]。鋁合金一般具有基體鋁的低密度、高延展性等特征，由于合金化的作用，鋁中加入Si可以導(dǎo)致鋁合金的力學(xué)性能提高，鋁中加入Cu可以進(jìn)一步通過(guò)固溶加時(shí)效處理等后續(xù)處理來(lái)強(qiáng)化鋁合金，使機(jī)械性能得到大幅度地提升[8]。鋁合金綜合性能優(yōu)異，在一定程度上應(yīng)用廣泛，使用量?jī)H次于鋼。圖1-1部分金屬制材料的力學(xué)性能Figure1-1Mechanicalpropertiesofsomemetalmaterials按照鋁合金構(gòu)件成型方式的不同可以對(duì)鋁合金進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金性能優(yōu)良，機(jī)械性能比基體鋁進(jìn)一步提高，是通過(guò)鑄造得到的；鑄造鋁合金變形鋁合金一般是指對(duì)鑄造鋁合金進(jìn)行擠壓，壓縮，大塑性變形制坯，一般來(lái)說(shuō)，變形合金可以消除鑄造缺陷，具備優(yōu)良的加工工藝性能[9-10]。1.1.35A02鋁合金5A02鋁合金是一種Al-Mg系高強(qiáng)度鋁合金的典型代表，具有優(yōu)良的綜合性能，在抵抗腐蝕，磨損，疲勞等失效領(lǐng)域具有優(yōu)良的表現(xiàn)。故而在相關(guān)的一些工程技術(shù)領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景[11]。1.2鋁合金強(qiáng)化機(jī)制市面上常見(jiàn)的鑄造鋁合金難以在生產(chǎn)實(shí)踐中用作結(jié)構(gòu)材料。因此，人們通過(guò)添加合金元素使它們合金化，并在高溫下進(jìn)行熱處理以使組織均勻，細(xì)化晶粒，和陶瓷相的復(fù)合，或這些方法的組合，使鋁合金的機(jī)械性能大大提高。當(dāng)前，大量學(xué)者的研究證實(shí)鋁合金強(qiáng)化機(jī)制主要包括，固溶強(qiáng)化，位錯(cuò)強(qiáng)化，第二相析出強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化[12]。1.2.1細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化主要是位錯(cuò)與晶界的交互作用從而強(qiáng)化合金。通常晶粒尺寸和合金的力學(xué)性能存在一定的反比例關(guān)系，也就是說(shuō)，晶粒小，合金內(nèi)部的大角度晶界就多，阻礙位錯(cuò)滑移的能力就強(qiáng)，合金的強(qiáng)度就高。用經(jīng)典的霍爾佩奇理論公式Hall-Petch關(guān)系[13]來(lái)解釋：=??0+?????1/2因此，通過(guò)一定手段細(xì)化鋁合金晶?？梢蕴岣咪X合金的綜合性能。鋁合金有五種常見(jiàn)的晶粒細(xì)化工藝：①合金化；②變質(zhì)處理；③快速凝固/粉末冶金技術(shù)；④鑄錠熱變形處理；⑤動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。鋁合金易受到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是一種非常重要的晶粒細(xì)化機(jī)制，對(duì)組織演變的控制有很大作用，同時(shí)可以提高鋁合金塑性成形能力，改善力學(xué)性能。通過(guò)細(xì)化晶粒不僅可以提高鋁合金的強(qiáng)度，還可以明顯改善其塑性和韌性。同時(shí)，鋁合金經(jīng)過(guò)細(xì)化處理后鑄件中的金屬間化合物相更細(xì)小且更均勻分布，從而縮短均勻化處理時(shí)間或者提高均勻化處理效率。此外，由于晶界協(xié)調(diào)變形在鎂合金塑性變形過(guò)程中起著重要作用，而通過(guò)晶粒細(xì)化可以有效提高其晶界協(xié)調(diào)變形能力。1.2.2固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化主要實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)溶質(zhì)原子所形成的晶格畸變，從而導(dǎo)致阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速率大大下降，導(dǎo)致合金變形過(guò)程變緩[14-15]。位錯(cuò)想要繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，就需要外界所提供的應(yīng)力更大，從而合金的強(qiáng)度也就有所提升。然而，固溶強(qiáng)化在帶來(lái)的材料的強(qiáng)度和表面硬度提升的同時(shí)，合金的塑性和韌性在一定程度上會(huì)有所減弱。因此，在一定條件范圍內(nèi)合理利用固溶強(qiáng)化可以實(shí)現(xiàn)材料的合理利用[16]。固溶強(qiáng)化主要受到這兩個(gè)條件的制約，一個(gè)是合金內(nèi)部發(fā)生晶格畸變晶粒的數(shù)量，另外一個(gè)則是發(fā)生晶格畸變晶粒嚴(yán)重性[17]。一般來(lái)說(shuō)，合金內(nèi)部發(fā)生晶格畸變晶粒的數(shù)量受到固溶體溶質(zhì)原子本身性質(zhì)的制約，在一定程度上溶質(zhì)原子的原子分?jǐn)?shù)和局部晶格畸變呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)關(guān)系。而局部晶格畸變發(fā)生的嚴(yán)重程度的受多種條件影響。例如，溶質(zhì)原子與基體原子的大小差越大，晶格畸變程度越大，固溶強(qiáng)化效果越好。另外，溶質(zhì)原子與基體原子的價(jià)電子數(shù)的不同也會(huì)造成固溶體強(qiáng)化效果的區(qū)別。差異越大，加固效果越好。也就是說(shuō)，這種固溶體強(qiáng)化合金的強(qiáng)化程度與固溶體中價(jià)電子的濃度成正比。1.2.3第二相強(qiáng)化一般來(lái)說(shuō)，合金中都會(huì)有第二相的存在。鋁合金中第二相粒子的尺寸、形貌、分布和密度在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化效果。第二相強(qiáng)化的機(jī)理同樣也與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)存在很大的關(guān)系。第二相粒子主要存在可變形粒子和不可變形粒子兩種[18-19]?？勺冃瘟Ｗ右话阍诜鍟r(shí)效的時(shí)候析出，位錯(cuò)可以切過(guò)可變性粒子。不可變形粒子一般過(guò)時(shí)效過(guò)程中析出，這種類型的第二相在與位錯(cuò)交互時(shí)，位錯(cuò)無(wú)法穿過(guò)，只能繞過(guò)，這也是就是經(jīng)典的位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制，可以對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生阻礙作用。因此，無(wú)論是可變性粒子還是不可變形粒子，都可抑制位錯(cuò)滑移，對(duì)合金的機(jī)械性能起到一定的益處[20]。另外，第二相強(qiáng)化粒子引入方式不同，可以分為沉淀相和彌散相結(jié)構(gòu)。沉淀相一般是時(shí)效熱處理時(shí)合金內(nèi)部由于形成過(guò)飽和固溶體從而析出的粒子，這種屬于可變性粒子，而彌散相粒子大多都是人工加入的，比如通過(guò)粉末冶金添加的粒子就屬于不可變形粒子[21]。1.2.4位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化也叫作加工硬化或形變強(qiáng)化。主要是指材料在變形過(guò)程中材料強(qiáng)度提高，而塑性韌性很快下降的現(xiàn)象[22]。金屬材料在發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著累積應(yīng)變量的增大，金屬材料內(nèi)位錯(cuò)不斷積累，合金內(nèi)部的位錯(cuò)密度是不斷增加，之后位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生位錯(cuò)纏結(jié)和割階，形成三維的位錯(cuò)網(wǎng)以及胞狀結(jié)構(gòu)，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使金屬塑性變形的繼續(xù)進(jìn)行變得更困難[23-24]。因此，位錯(cuò)密度的提高是材料塑性變形導(dǎo)致的結(jié)果。位錯(cuò)密度的增大導(dǎo)致交互作用，之后位錯(cuò)逐漸產(chǎn)生纏結(jié)逐步導(dǎo)致位錯(cuò)強(qiáng)化的發(fā)生，產(chǎn)生位錯(cuò)強(qiáng)化的效果。參考文獻(xiàn)[1]SoH,Fa?mannD,HoffmannH,etal.Aninvestigationoftheblankingprocessofthequenchableboronalloyedsteel22MnB5beforeandafterhotstampingprocess[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2012,212(2):437-449.[2]AghionE,BronfinB,EliezerD.Theroleofthemagnesiumindustryinprotectingtheenvironment[J].Journalofmaterialsprocessingtechnology,2001,117(3):381-385.[3]MordikeB,EbertT.Magnesium:properties—applications—potential[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2001,302(1):37-45.[4]AchouriM,GermainG,DalSantoP,etal.ExperimentalandnumericalanalysisofmicromechanicaldamageinthepunchingprocessforHigh-StrengthLow-Alloysteels[J].Materials&Design,2014,56:657-670.[5]StantonM,BhattacharyaR,DargueI,etal.HoleExpansionofAluminumAlloysfortheAutomotiveIndustry[J].14thInternationalConferenceonMaterialFormingEsaform,2011Proceedings,2011,1353:1488-1493.[6]陳卓元,林志堅(jiān),宋文桑.包鋁層對(duì)鋁合金腐蝕行為的影響[J].腐蝕與防護(hù),2001,22(5):191-192.[7]胡芳友,王茂才,溫景林.沿海飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)件腐蝕與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