热处理对Ti/Al-7Si-0.3Mg复合材料界面力学性能的影响

热处理对Ti/Al-7Si-0.3Mg复合材料界面力学性能的影响

在铸造铝合金内部嵌入钢、铸铁或钛对铝合金进行局部加强是提高铝合金力学性能的重要方法。已有研究表明，Al-7Si-0.3Mg合金中嵌入Ti棒，在适当的条件下嵌入物和基体界面之间会形成较强的冶金结合。含Mg的铝合金可以通过热处理提高其性能，但热处理对嵌入式双金属复合材料的金属界面同样具有明显的影响。如嵌入式Fe/Al-7Si-0.3Mg双金属复合材料经T6热处理后，抗拉强度下降了十分之一。有关热处理对嵌入式Ti/Al-7Si-0.3Mg双金属复合材料界面力学性能的影响尚未见报导，因此，法国里昂第一大学的研究人员对此进行了研究。实验采用的材料为纯钛棒(直径5 mm)和Al-7Si-0.3Mg铝合金(牌号为AS7G)。嵌入工艺规范为:在惰性气体保护的坩埚中将Al-7Si-0.3Mg合金熔化，然后将固态钛棒浸入铝液中，再冷却至室温。为保证铸件的冶金质量，试件在705～720℃进行了10 min左右的渗铝处理，随后的冷却过程中也进行了特殊的保护。此外，实验还采用了定向凝固技术，以避免在基体中及金属界面处形成疏松缺陷。对制备的双金属铸件进行了540℃ ×10 h/WQ+170℃ ×6 h的T6热处理。力学性能试样为5 mm厚板样，采用线切割的方法从双金属铸件上截取。部分试样用于铸态金属的力学性能测试，另一部分试样用于热处理态试样的力学性能测试。力学性能试样分为两种，一种是传统的推出试验，另一种是圆弯曲试验。将力学性能试验后的试样切割成两半，一半沿平行于钛棒轴线方向制样，另一半切开后将钛棒从基体中移除作为试样。用光学显微镜、扫描电镜和附带的能谱仪对试样进行了观察和微区成分分析。研究结果表明，T6热处理可以显著提高Ti/Al-7Si-0.3Mg双金属复合材料中Al-7Si-0.3Mg基体的强度，推出模式破坏的起始载荷明显提高。界面附近Al-7Si-0.3Mg共晶基体中带棱角的Si颗粒会消弱基体强度。经热处理后，Si颗粒由棱角状向球状转变。此外，由于Ti/Al-7Si-0.3Mg界面处富Si化合物的形成，使Si原子由铝合金基体向Ti棒中扩散，界面附近的Si颗粒尺寸和数量都会明显减少。这些显微组织的变化使Ti/Al-7Si-0.3Mg双金属复合材料经热处理后的强度升高。目前的测试方法还不能很好地反映嵌入式双金属复合材料界面的固有力学特性，如能量释放速率或界面韧性。今后的力学性能测试和试样形式都有待更新，以便更好地解释双金属复合材料界面化学和力学性能之间的关系。

罗媛媛摘译自《Materials Science and Engineering A》