同步輻射高能X射線原位研究鋁硅合金的微觀力學行為.pdf

1、鋁硅合金是應用最廣泛的鑄造系鋁合金，主要用于制造形狀復雜的中低強度的鑄件，并以質輕、低膨脹系數和高耐蝕性能等特點在建筑和汽車行業(yè)備受青睞。眾所周知，材料在熱加工或機械加工的過程中，由于各相熱膨脹系數不同及材料各向異性等因素，會在材料內部產生不同程度的變形。這一過程不可避免的引入了殘余應力，最終嚴重影響材料的加工及其應用，是造成材料過早失效甚至造成嚴重事故的一個主要原因。因此，明確材料的微觀應力狀態(tài)及材料的微觀力學行為演化具有重要意義。<

2、br>　　目前關于鋁硅合金形變過程中的微觀力學行為分布及演化尚未見到報道，因此本論文以鋁硅共晶合金(Al-12.7％Si)為研究對象，并對其進行了加熱至300℃后空冷、加熱至550℃保溫4小時、加熱至550℃保溫12小時三組不同的熱處理，以獲得不同的組織和性能并進行對比分析。利用XRD衍射儀、金相顯微鏡、數顯顯微維氏硬度計對材料的基本性能進行了評定。利用同步輻射高能X射線原位衍射技術，研究了鋁硅共晶合金在形變過程中平行和垂直于拉伸方向的

3、微觀力學行為特征及演化規(guī)律，從而得出以下主要結論:
　　物相分析結果顯示，三組熱處理狀態(tài)下的鋁硅合金均由面心立方的Al相和面心立方的Si相組成。
　　由顯微組織觀察可知，300℃熱處理后的Si顆粒呈長條的粒狀，加熱至550℃保溫4小時和加熱至550℃保溫12小時的樣品中的Si顆粒更為圓整。保溫4小時和保溫12小時對Si顆粒的形態(tài)影響不顯著。
　　力學性能測試結果表明，加熱至550℃保溫12小時的試樣的力學性能最優(yōu)，屈服

4、強度為83 MPa，抗拉強度為159 MPa，硬度平均值為59.4 HV，均高于另外兩組熱處理狀態(tài)的試樣。加熱至550℃保溫4小時的試樣的屈服強度77 MPa，抗拉強度為151 MPa，硬度平均值為58.8 HV;加熱至300℃后空冷的試樣屈服強度為76 MPa，抗拉強度為149MPa，硬度平均值為55.3 HV。三組熱處理的顯微硬度測試結果表明Al相的硬度約為45 HV，Si相的硬度約為70 HV。
　　觀察同步輻射原位拉伸的衍

5、射峰圖可以看到，拉伸對衍射峰的分布及強度影響不大。各晶面沿拉伸方向取向分布相對均勻，平行于試樣表面的多為Al(111)、Al(200)和Si(220)晶面;各晶面沿橫向取向分布差異較大，Al(111)和Al(220)晶面的強度很大，其余各晶面強度都較弱，由此可知，平行于試樣表面的多為Al(111)和Al(220)晶面。對于Si相而言，由于在合金中所占比例較少，因此，衍射峰的強度較弱。
　　通過對衍射峰強度的定量描述可知，形變對Si

6、(111)晶面、Al(200)晶面的晶粒取向影響較小;Al(111)和Si(220)晶面的衍射強度發(fā)生了變化，這表明材料在加載的過程中，內部的晶粒由于受到外力的作用，發(fā)生了轉動，進而取向發(fā)生了變化。我們觀察到Al(200)晶面呈鋸齒形的波動，推測可能出現了微孿晶，導致結構發(fā)生改變，衍射強度的變化可能是由結構變化導致。加熱至550℃保溫12小時試樣的Al(111)面衍射強度在應力超過100MPa后有明顯的上升趨勢，這與衍射峰圖中的觀察結果

7、一致，這表明在進入塑性變形階段后，一些晶粒向易發(fā)生滑移的(111)面發(fā)生了轉動。
　　研究點陣應變曲線演化規(guī)律結果表明，熱處理對彈性衍射常數有一定的影響;進入塑性階段，Al相晶面的應力應變曲線先發(fā)生屈服，均在宏觀應力應變曲線的屈服點以下，且進入塑性變形階段后，隨著應力的增加，Al相應力應變曲線的斜率出現了彎折回來的現象，可以理解為相的屈服，我們的觀點是彎折回來可能表明位錯突然進入該相中，尚不穩(wěn)定，當位錯穿越兩相界面時，應力會在不同

8、取向晶粒間重新分配，包括通過橫向的約束作用，綜合效應可能導致Al相較低的彈性應變;Si相晶面的應力應變曲線為上凹曲線，且無明顯的屈服，曲線的拐點與宏觀的非線性起點一致，這表明Si顆粒在塑性變形過程中，承受了主要的載荷。外加應力卸載后，Al相受到了殘余壓應力，Si相受到了殘余拉應力。
　　各晶面的半高寬隨外加載荷的增加變化不大，但呈鋸齒形波動。加熱至550℃保溫4小時的試樣的Al(200)晶面的半高寬隨著應力的增加呈減少的趨勢，這是