熱處理對Ti/Al-7Si-0.3Mg復合材料界面力學性能的影響

在鑄造鋁合金內部嵌入鋼、鑄鐵或鈦對鋁合金進行局部加強是提高鋁合金力學性能的重要方法。已有研究表明，Al-7Si-0.3Mg合金中嵌入Ti棒，在適當?shù)臈l件下嵌入物和基體界面之間會形成較強的冶金結合。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雙金屬復合材料經T6熱處理后，抗拉強度下降了十分之一。有關熱處理對嵌入式Ti/Al-7Si-0.3Mg雙金屬復合材料界面力學性能的影響尚未見報導，因此，法國里昂第一大學的研究人員對此進行了研究。實驗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量，試件在705～720℃進行了10 min左右的滲鋁處理，隨后的冷卻過程中也進行了特殊的保護。此外，實驗還采用了定向凝固技術，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行了540℃ ×10 h/WQ+170℃ ×6 h的T6熱處理。力學性能試樣為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)金屬的力學性能測試，另一部分試樣用于熱處理態(tài)試樣的力學性能測試。力學性能試樣分為兩種，一種是傳統(tǒng)的推出試驗，另一種是圓彎曲試驗。將力學性能試驗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。用光學顯微鏡、掃描電鏡和附帶的能譜儀對試樣進行了觀察和微區(qū)成分分析。研究結果表明，T6熱處理可以顯著提高Ti/Al-7Si-0.3Mg雙金屬復合材料中Al-7Si-0.3Mg基體的強度，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顆粒會消弱基體強度。經熱處理后，Si顆粒由棱角狀向球狀轉變。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雙金屬復合材料經熱處理后的強度升高。目前的測試方法還不能很好地反映嵌入式雙金屬復合材料界面的固有力學特性，如能量釋放速率或界面韌性。今后的力學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合材料界面化學和力學性能之間的關系。

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