深冷處理對(duì)鋁合金晶粒織構(gòu)的影響

深冷處理對(duì)鋁合金晶粒織構(gòu)的影響

多晶聚合體由許多顆粒組成。如果顆粒的彎曲方向完全無(wú)序，就會(huì)呈現(xiàn)出選擇和選擇方向。這種選擇和選擇的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常被稱為織物結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，金屬在固井、氣沉淀、電離積分、沉淀后形成各種特征的織物結(jié)構(gòu)。冷加工（冷壓、冷擠壓等）過(guò)程中形成變形織物結(jié)構(gòu)，在隨后的冷卻過(guò)程中形成再結(jié)晶織物結(jié)構(gòu)。所謂的冷冷處理，也稱為超級(jí)低溫處理，是指在143k以下處理材料的方法。一般采用溶液和氮作為原料制備。深冷處理不僅可以提高鋼鐵材料的強(qiáng)度、耐水性，而且可以提高鉻的尺寸穩(wěn)定性。這是一種適用于材料處理的新技術(shù)。洛陽(yáng)冷冷處理的常用方法包括深冷熱法和冷熱環(huán)法，但這兩種方法的處理時(shí)間很短。作者在1.8.12兄弟的深冷量理論研究中掃描了各顆粒的軸密度（hkl）和晶體表面（a）占總輻射晶體表面的比例。1深冷處理前后樣品的xrd衍射采用美國(guó)CI公司的CI-531裝置進(jìn)行深冷處理,實(shí)驗(yàn)采用工藝是一種長(zhǎng)時(shí)間的深冷處理工藝,具體工藝條件為:在10～12h內(nèi)從室溫緩慢降到80K,在80K保溫20～24h,在12～18h內(nèi)緩慢回復(fù)到室溫,在5～6h內(nèi)升溫到423K.深冷處理前后的樣品在德國(guó)西門(mén)子D-500上進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn).為了保證XRD衍射結(jié)果的準(zhǔn)確性,先將未深冷處理的試樣進(jìn)行XRD衍射,做好標(biāo)記,在樣品架上確定位置,樣品進(jìn)行深冷處理后,再在同一儀器上按相同的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)深冷樣品進(jìn)行XRD衍射分析.2結(jié)果2.11xrd衍射強(qiáng)度的變化對(duì)1次深冷處理前后的各種合金進(jìn)行原位XRD衍射分析.結(jié)果表明,深冷處理會(huì)引起XRD衍射峰值的強(qiáng)弱發(fā)生明顯的變化.表1反映了12種常用鋁合金1次深冷處理前后XRD衍射峰值強(qiáng)度在某些主要衍射晶面上的變化.2.22衍射峰值的變化對(duì)4種進(jìn)行了2次深冷處理的鋁合金進(jìn)行原位XRD衍射分析.分析結(jié)果表明,再次的深冷處理又1次引起了合金XRD衍射峰值的強(qiáng)弱變化.4種合金經(jīng)2次深冷處理后的XRD衍射峰值的強(qiáng)度變化情況如表2所示.可以看出,工業(yè)純鋁1230合金經(jīng)2次深冷處理后較1次深冷處理(200)晶面衍射峰值有所下降,而7075合金和噴射沉積8009合金的衍射峰值分別在(200)或(111)面上再次加強(qiáng),粉末固結(jié)8009合金的2次深冷處理較1次深冷處理衍射峰值沒(méi)有變化.2.3材料樣品及晶面制備為了進(jìn)一步研究深冷處理對(duì)鋁和鋁合金晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)的影響,對(duì)深冷處理前后的高純電容鋁箔進(jìn)行面密度掃描,并計(jì)算(HKL)晶面的軸密度ρ(HKL)和晶面占參與衍射晶面總數(shù)的比A(HKL),采用的樣品為含18×10-9(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Si的高純鋁,樣品為2mm厚的板材和0.2mm厚的鋁箔.2種材料軋制除道次不一樣外,其它條件均相同.根據(jù)反極圖的測(cè)繪方法,由Harris公式計(jì)算出ρ(HKL)和A(HKL):ρ(ΗΚL)=Ι(ΗΚL)Ι標(biāo)(ΗΚL)/[1nn∑i=1Ι(ΗΚL)Ι標(biāo)(ΗΚL)](1)A(ΗΚL)=[1nn∑i=1Ι(ΗΚL)Ι標(biāo)(ΗΚL)]×100%(2)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3和表4.可以看出,2mm厚度的高純鋁板經(jīng)深冷處理后,(220)晶面占參與衍射晶面的比由7.7%上升到13.2%,0.2mm厚的電容鋁箔深冷處理后(220)晶面參與衍射的晶面總數(shù)的比由13.3%上升到39.3%.3討論3.1深冷處理引起的晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)材料在深冷處理過(guò)程中由于熱脹冷縮的原理,體積發(fā)生收縮.鋁和鋁合金溫度下降200K,體積收縮約1%.如此大的收縮能使材料產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力,在內(nèi)應(yīng)力的作用下,使得晶粒擇優(yōu)取向產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng).此外,也有可能由于深冷收縮,使材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)和亞晶,在深冷回復(fù)過(guò)程中鋁合金產(chǎn)生了回復(fù)甚至再結(jié)晶,鋁合金的某些晶粒發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng),擇優(yōu)取向,形成了再結(jié)晶織構(gòu).高純電容鋁箔軋制材和工業(yè)純鋁(1230合金)的擠壓材經(jīng)深冷處理后的衍射峰值增強(qiáng)并非同一衍射晶面,可見(jiàn),深冷處理引起的晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題比較復(fù)雜,它的擇優(yōu)取向不僅取決于材料的合金成分,還取決于材料的制造加工工藝.3.2x-fe在深冷前后的晶面上的晶面變化淬火鋼的深冷處理機(jī)理主要是殘余奧氏體在深冷過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體.硬質(zhì)合金深冷處理的機(jī)理主要是面心立方的Co(α-Co)向密排立方Co(ε-Co)轉(zhuǎn)變.這種多型性轉(zhuǎn)變也是一種馬氏體相變,黃銅的深冷處理主要是銅的α相向β相轉(zhuǎn)變,這種相變也是馬氏體相變.假如不考慮馬氏體相變的問(wèn)題,可以認(rèn)為是α-Fe,α-Co,α-Cu在經(jīng)過(guò)深冷處理后各衍射晶面上的峰值強(qiáng)度發(fā)生了變化,α-Al各衍射晶面峰值發(fā)生改變,它們具有一定的相似性.文獻(xiàn)采用X射線測(cè)定了深冷處理的冷沖模具鋼,在深冷處理前后冷沖模具鋼的XRD衍射峰值的強(qiáng)度也發(fā)生了明顯的變化,不過(guò)這種變化被歸結(jié)于殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變.一般來(lái)說(shuō),鋁和鋁合金在低溫下不產(chǎn)生相變,鋁在4K以上也沒(méi)有同素異型體轉(zhuǎn)變,鋁和鋁合金在深冷前后XRD衍射峰值發(fā)生明顯變化,其原因是晶粒出現(xiàn)擇優(yōu)取向(或稱之為織構(gòu))現(xiàn)象.3.3深冷處理后各合金力學(xué)性能的變化對(duì)鋁和鋁合金深冷處理前后的XRD衍射峰強(qiáng)度的變化和力學(xué)性能的改變進(jìn)行了分析和比較,發(fā)現(xiàn):a.合金1230,2019,2017,2024,3003,4032,7075和8009經(jīng)深冷處理后力學(xué)性能提高,其XRD衍射峰中,(200)面強(qiáng)度均明顯增強(qiáng)(僅8009合金在(111)面上衍射峰值增加),但其它衍射面峰值同時(shí)增強(qiáng),如2618,5254和6063合金,其力學(xué)性能沒(méi)有提高.b.2次深冷處理1230合金力學(xué)性能比1次深冷處理的1230合金力學(xué)性能下降,而7075合金和噴射沉積8009力學(xué)性能進(jìn)一步提高,粉末固結(jié)8009合金性能和1次深冷相比沒(méi)有明顯變化.c.2次深冷處理的XRD衍射結(jié)果和力學(xué)性能的改變?cè)俅巫C明了上述規(guī)律.4冷處理引起的晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)a.對(duì)1～8系12種鋁和鋁合金采用在80K長(zhǎng)時(shí)間保溫,緩慢升至423K的深冷處理工藝,可以使得鋁和鋁合金在深冷處理前后某些晶面的衍射峰值發(fā)生明顯變化,深冷處理使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),材料出現(xiàn)擇優(yōu)取向即