TCB晶種實(shí)現(xiàn)Al-Mn系鋁合金的高效細(xì)化與強(qiáng)化

針對(duì)非熱處理強(qiáng)化型Al-Mn系耐蝕鋁合金強(qiáng)度難以改善，應(yīng)用受局限等難題，山東大學(xué)劉相法教授研究團(tuán)隊(duì)通過在該合金中添加TiCB晶種，采用普通重力鑄造和熱擠壓工藝制備了系列細(xì)晶及超細(xì)晶Al-Mn系鋁合金，研究了該晶種對(duì)Al-Mn系合金凝固組織、擠壓行為和力學(xué)性能的影響，并通過系統(tǒng)的表征及分析，揭示了TiCB晶種對(duì)Al-Mn系合金的細(xì)化及強(qiáng)化機(jī)理。相關(guān)成果以Microstructure evolution and enhancedmechanical properties in Al-Mn alloy reinforced by B-doped TiC particles為題發(fā)表在Materials &Design。

除了大變形等特種加工手段外，采用傳統(tǒng)的晶粒細(xì)化方法，鑄錠或鑄件的初晶晶粒平均尺寸一般大于100 mm。即使通過后續(xù)正常熱加工，晶粒也難以達(dá)到超細(xì)化（＜10 μm）水平。研究表明，TiCB晶種可顯著細(xì)化Al–Mn系 合 金 的α–Al晶粒。當(dāng)TiCB晶種添加量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，α–Al平均晶粒尺寸可由最初的410.1 μm細(xì)化 至40.2 μm，擠壓進(jìn)一步細(xì)化至9.1 μm，在普通熱加工條件下，使鋁合金晶粒達(dá)到了超細(xì)化水平。TiCB晶種可抑制Al–Mn系合金熱擠壓過程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程，并保留大量的幾何必須位錯(cuò)（GND）。當(dāng)TiCB晶種添加量為1.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，Al–Mn系合金在25 ℃和350 ℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度分別提高了25.6%和32.4%。

此研究提出了一種提升非熱處理強(qiáng)化型Al–Mn系合金力學(xué)性能的新思路，系統(tǒng)研究了TiCB晶種粒子對(duì)Al–Mn合金的組織調(diào)控行為，為研發(fā)高強(qiáng)非熱處理型鋁合金新材料提供了數(shù)據(jù)和理論支撐。

左圖為凝固組織中α–Al晶粒尺寸對(duì)比。