发布日期：2024-08-18 14:04 点击次数：193
0. 绪论迪士尼彩乐园 登录
Al-Si系合金具有邃密的锻造工艺性能和耐腐蚀性能,平时愚弄于航空、航天、汽车等边界,尤其适用于制备复杂的大型薄壁结构铸件[1]。对于大型一体化薄壁结构铸件,样貌的复杂性和壁厚的不均匀性使得铸件在热解决时更容易产生变形,因此铸件强韧性是极其伏击的一个标的。现存的铸态Al-Si系合金的强韧性标的并不可充足餍足大型薄壁结构铸件的性能要求[2-4]。当今,常通过原位自生概况外加法向合金中添加增强相来灵验提高材料的性能[5-7],迥殊是原位自生的门径不错灵验地幸免增强相与基体合金间润湿不良的问题,且形成的增强相颗粒尺寸微弱,与基体合金的联接强度较高[8-10]。TiB2颗粒因具有熔点高、模量高级秉性,常被用作增强相来制备复合材料。夹杂盐反馈法联接锻造工艺是制备原位自生TiB2增强铝基复合材料的常用门径之一,该门径通过钛盐K2TiF6和硼盐KBF4与铝熔体在大气环境下发生反馈生成微弱的TiB2颗粒,具有工艺粗造、经济效益高、易于限制以及可采集坐褥[11-12]等秉性。李永飞等[13]采纳钛盐和硼盐反馈法奏效制备了TiB2/Al复合材料,发现生成的TiB2颗粒截面主要呈矩形、近圆形和六边款式状。李聪等[14]采纳机械搅动联接夹杂盐反馈法奏效制备了TiB2/Al-4.5Cu复合材料,发现TiB2的强化作用主要通过在受力时产生位错塞积、位错环以及增多位错密度贫瘠位错的通晓来闭幕。
ZL114A合金动作亚共晶Al-Si系合金还是获取平时愚弄,但对于原位自生TiB2增强相对其复合材料组织与性能的影响以及TiB2颗粒滋长机制的经营较少。为此,作家采纳夹杂盐反馈法制备了不同含量原位自生TiB2颗粒增强ZL114A铝基复合材料,经营了TiB2含量对复合材料组织和性能的影响,分析了TiB2在基体中的滋长机制。
1. 试样制备与侦探门径
侦探材料包括：ZL114A合金,北京航空材料经营院提供,化学身分见表1；纯度99%的KBF4和纯度98%的K2TiF6,北京航空材料经营院提供；精粹剂,主要身分为KCl、NaCl、CaF2、NaAlF6,市售；除气剂C2Cl6,纯度为99%,市售。
表 1 ZL114A铝合金的化学身分
Table 1. Chemical composition of ZL114A aluminum alloy
元素
Si
Mg
Ti
B
Fe
Al
质地分数/%
6.5~7.5
0.45~0.6
0.1~0.2
余
当在铝液中添加K2TiF6和KBF4后会发生如下反馈：
按照上述反馈配比,推测TiB2质地分数辞别为0,3%,6%,9%时各原料用量。先将反馈盐K2TiF6和KBF4按照钛与硼原子比为1∶2配制成夹杂盐,在200 ℃下保温2 h以去除水分。将SJ2-1.5-12型井式电阻炉温度升高至700 ℃支配后,将ZL114A合金放入石墨坩埚内进行熔真金不怕火,熔真金不怕火温度为800 ℃,待合金充足溶化,静置20 min并加入精粹剂除杂,分批加入还是烘干的夹杂盐,抓续保温反馈60 min,而况在保温历程中不休搅动。待熔体温度降至730 ℃时,倾倒出熔体顶部的残余盐并加入C2Cl6进行除气,终末将所制备的材料浇注到预热至200 ℃的金属型模具中,获取铝基复合材料。
采纳SmartLab型转靶X射线衍射仪（XRD）对所制备试样进行物相分析,采纳铜靶,Kα射线,职责电压为40 kV,职责电流为150 mA,扫描速率为5 （°）·min−1,扫描范围为20°~80°。在所制备试样上切割出金相试样,经砂纸打磨、机械抛光和Keller试剂腐蚀后,采纳Merlin Compact型场辐照扫描电子显微镜（SEM）和OLYMPUS-GX51型光学显微镜（OM）不雅察显微组织。基于等效圆直径法采纳Image-Pro Plus软件对晶粒尺寸和共晶硅尺寸进行统计。按照GB/T 228.1—2010,采纳IIC-MST-100CO.ST型电子全能侦探机进行室温拉伸侦探,拉伸速率为0.5 mm·min−1,试样总长度为50 mm,标距为20 mm,宽度为4 mm,厚度为3 mm。采纳SEM不雅察拉伸断口态状。
2. 侦探闭幕与参议
2.1 物相构成
由图1可见,采纳夹杂盐反馈法制备试样的主要物相均为铝相、硅相和TiB2相,施展KBF4、K2TiF6和铝液发生反馈,合成了增强相TiB2,奏效制备获取原位自生TiB2颗粒增强铝基复合材料。复合材料中未检测到富钛相或富硼至极其他相。
图 1 不同质地分数TiB2试样的XRD谱
Figure 1. XRD patterns of samples with different TiB2 mass fractions
2.2 显微组织
由图2可见：未添加TiB2（质地分数为0）的ZL114A合金中散布着粗大且散布不均匀的树枝晶,平均晶粒尺寸为98.8 μm；对于原位自生TiB2颗粒增强铝基复合材料,跟着TiB2含量的增多,基体晶粒出现球化且尺寸不休减小。当TiB2质地分数为3%,6%,9%时,平均晶粒尺寸辞别为55.3,39.7,34.2 μm。形成晶粒细化的原因是TiB2颗粒具有异质形核作用,在凝固时α-Al初生晶核更容易形成。同期,TiB2颗粒易被舍弃到凝固前沿的液相中,影响固/液之间的原子扩散,使得α-Al晶粒的滋长受到贫瘠[15]。
图 2 不同TiB2质地分数试样的显微组织
Figure 2. Microstructures of samples with different TiB2 mass fractions
由图3可见,未添加TiB2的ZL114A合金中共晶硅呈粗大长条状,且具有狠恶的棱角,统计获取其平均尺寸为24.73 μm。跟着TiB2含量的增多,复合材料中共晶硅尺寸显着细化,态状渐渐圆整,长条状共晶硅显着减少,短棒状共晶硅增多。统计获取当TiB2质地分数为3%,6%,9%时,共晶硅的平均尺寸辞别为9.97,8.12,7.11 μm。当TiB2质地分数为9%时,共晶硅的平均尺寸最小。TiB2对共晶硅形核并莫得权贵影响,主要影响共晶硅的滋长,TiB2颗粒会偏析到Al-Si界面上,贫瘠溶质再分拨并细化共晶硅[16]。在TiB2颗粒的包围下,共晶硅的滋长受到贫瘠,TiB2含量越多,对共晶硅滋长的影响越大。在Al-Si合金中,硅在共晶温度577 ℃时的固溶度（质地分数）最大,为1.65%,固溶度会跟着温度的裁减而减小[17]。因此,在发生凝固时,硅溶质会因固溶度的减小被α-Al固相舍弃到液相中,共晶硅的滋长也被为止在终末的液相区迪士尼彩乐园。综上,α-Al晶粒的细化和TiB2的存在共同影响了共晶硅的滋长,最终形成尺寸更小的短棒状共晶硅。
图 3 不同TiB2质地分数试样中共晶硅的态状
Figure 3. Eutectic Si morphology of samples with different TiB2 mass fractions
2.3 力学性能
由图4可见：ZL114A合金的抗拉强度为186.4 MPa,断后伸长率为4.0%；复合材料的抗拉强度和断后伸长率均高于ZL114A合金,且跟着TiB2含量的增多,二者均先升高后裁减,当TiB2质地分数为6%时达到最大,辞别为237.4 MPa,6.7%。共晶硅尺寸的减小及态状的圆整化收缩了粗大层片状硅颗粒对性能的恶化作用,培植了材料的断后伸长率。然而,当TiB2质地分数超越6%时,复合材料的力学性能反而裁减。
图 4 不同TiB2含量试样的拉伸性能
Figure 4. Tensile properties of samples with different TiB2 content
由图5可见,ZL114A合金的拉伸断口呈现出不规章解理面以及扯破棱,具有显着的脆性断裂特征,这与粗大的α-Al枝晶和具有狠恶棱角的长条状共晶硅密切相关。粗大长条状的共晶硅在受到外力的作用时,易割裂基体而产生裂纹。当TiB2质地分数为3%时,复合材料拉伸断口中的扯破棱尺寸变窄,且出现极少韧窝,断裂模式运转治愈为韧脆夹杂断裂。跟着TiB2质地分数增多到6%,断口中的韧窝显着增多。在拉伸历程中,微缺乏跟着载荷的增多而萌发和长大,当达到临界尺寸时,试样发生断裂,甚至韧窝保留在断口处。在韧窝底部还不错不雅察到一些TiB2,施展TiB2与基体联接邃密。当TiB2质地分数为9%时,不错显着不雅察到TiB2颗粒的聚合欢欣。当复合材料中TiB2的含量较高时,TiB2颗粒容易形成富集区,在拉伸历程中颗粒富集部位极易成为里面裂纹源,从而形成力学性能的恶化。
图 5 不同TiB2质地分数试样的拉伸断口态状
Figure 5. Tensile fracture morphology of samples with different TiB2 mass fractions
2.4 TiB2颗粒的长大机制及强化机理
TiB2是典型六方结构的晶体,晶体结构如图6（a）所示,属于P6/mmm空间群。联接Bravial-Field表面与Wuff规章可知,在均衡条目下跟着晶体的长大,{0001},{101¯0}晶面被保留住来,成为包裹晶体的名义[18]。晶体的滋长历程一般是先在熔体中形成一个晶核,形核后原子不休吸附在晶核的名义进行滋长,同期名义能裁减以达到踏实的状况。ZL114A合金身分的复杂性会影响TiB2的名义能,使得TiB2的滋长态状发生变化。在TiB2/ZL114A复合材料中索要的TiB2典型态状如图6（b）和图6（c）所示。推测在ZL114A合金基体中TiB2颗粒的形核长大历程如图6（d）所示：跟着反馈的进行,合金熔融液中领先析出一个近球形中枢,球形中枢长大,超越临界尺寸时失去踏实性,其名义运转形成小平面,以裁减其名义能达到踏实的状况[19]；跟着晶体的滋长,最终形成六棱台组合体典型态状。
图 6 ZL114A合金基体中TiB2颗粒的表面晶体结构、骨子典型态状以及形核长大历程
Figure 6. Theoretical crystal structure (a), practical typical morphology (b–c) and nucleation growth (d) of TiB2 particles in ZL114A alloy matrix: (b) typical facet morphology and (c) hexagonal platform combination typical morphology
TiB2/ZL114A复合材料中的TiB2颗粒的强化机理主要包括以下4个方面。（1）载荷传递强化。TiB2增强相和基体合金联接强度高,在受到载荷作用时,应力将会转动到TiB2增强相上,从而起到强化的成果。（2）细晶强化。TiB2颗粒具有异质形核作用,不错起到细化晶粒作用,同期TiB2颗粒易被舍弃到凝固前沿的液相中,影响固/液之间的原子扩散,从而贫瘠α-Al晶粒的滋长；晶界的增多不错灵验地贫瘠位错的通晓,起到强化作用。（3）热错配强化。TiB2颗粒和基体合金之间的热膨大悉数相反较大,发生凝固时温度的变化使得增强相和基体之间发生热应变,位错密度增大,强化成果增强[20]。（4）Orowan强化。TiB2颗粒的弹性模量较高,动作硬质增强相承担着贫瘠位错通晓的作用,位错通晓时无法切过TiB2颗粒,更倾向于绕过TiB2颗粒形成位错环[21]。
3. 论断
（1）在熔融ZL114A合金中加入K2TiF6和KBF4制备的复合材料的主要物相均为铝相、硅相和TiB2相,施展采纳夹杂盐反馈法奏效制备了原位自生TiB2颗粒增强ZL114A铝基复合材料；由于TiB2颗粒异质形核作用,复合材料组织中形成更多初生α-Al晶核,而且TiB2颗粒不错扼制晶粒滋长,因此跟着TiB2含量的增多,基体晶粒细化且出现球化。TiB2颗粒会偏析到Al-Si界面,贫瘠溶质再分拨并细化共晶硅；跟着TiB2含量的增多,共晶硅显着细化,其态状由粗大长条状变为短棒状。
（2）原位自生的TiB2颗粒使得复合材料的强度和塑性均获取提高,断裂样貌由ZL114A合金的脆性断裂治愈为韧脆夹杂断裂；跟着TiB2含量的增多,复合材料的抗拉强度和断后伸长率均先升高后裁减,当TiB2质地分数为6%时达到最大,辞别为237.4 MPa,6.7%；当TiB2质地分数为9%时,TiB2颗粒的聚合导致拉伸性能发生恶化。
（3）在复合材料制备历程中,ZL114A合金液中先析出一个TiB2近球形中枢,跟着球形中枢的长大,小平面会在球形中枢的名义形成,最终形成六棱台组合体态状。复合材料中TiB2颗粒的强化机理主要包括载荷传递强化、细晶强化、热错配强化和Orowan强化。
著述开头——材料与测试网迪士尼彩乐园 登录