D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.07.036 第30卷第7期 北京科技大学学报 Vol.30 No.7 2008年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2008 喷射成形含锰高强AI一Zn一MgCu的组织和性能 蔡元华季飞王明记黄进峰段先进张济山 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要利用喷射成形和热挤压的方法制备了含锰为2%（质量分数）的高强铝合金A-8.82n一2.9Mg一1.6Cu合金，用X射 线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法研究了铝合金的微观组织，并进行了力学性能 测试。研究结果表明：喷射成形制备的含锰铝合金经过热挤压和固溶处理后，基体组织为细小均匀的再结晶晶粒组织，平均尺 寸约8m·MAg颗粒在喷射沉积过程中沿晶界析出，经过热挤压后，尺寸大的颗粒破碎，大部分的颗粒则沿挤压方向产生一 定的塑性变形.固溶处理对MAs颗粒尺寸的影响不明显，但棒状/片状颗粒的边角处发生球化，有利于降低诱发显微裂纹的 应力或应变集中.时效后，铝合金达强度为775MPa,延伸率达4.3%，断口以细小的韧窝为主，尺寸小于500m· 关键词超高强度铝合金：锰：微观组织：力学性能：喷射成形：热挤压 分类号TG146.2+1 Microstructure and properties of spray-formed high-strength Al-Zn-Mg Cu alloy containing manganese CAI Yuanhua,II Fei,WANG Mingji,HUA NG Jinfeng.DUAN Xianjin,ZHA NG Jishan State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT An Al-Zn-Mg-Cu alloy containing 2%Mn (mass fraction)was prepared by spray forming method and hot extrusion. The microstructure and mechanical properties of the spray-deposited Al alloy were studied by optical microscopy,scanning electron microscopy.X-ray diffraction,and tensile tests.The results show that the Al alloy has uniformly fine recrystallized grains with an av- erage size of 8m after hot extrusion and solid solution treatment.MnAl6 particles were precipitated at grain boundaries during the spray forming process,most of the MnAl6 particles were plastically deformed to some extent along the direction of extrusion during the hot extrusion process,and some large MnAle particles were fragged.The effect of solution treatment on the size of MnAl6 particles is negligible but the spheroidization of rod-like/plate-like particles occurred at the corner of these particles.The spheroidization of MnAls particles is benefit to the decrease of stress or strain concentration which would induce microcracks.When aged at 120C for 24h.the tensile strength of the Al alloy was increased up to 775 MPa with an elongation of 4.3%,and the fracture surface consisted mainly of dimples with a size lower than 500nm. KEY WORDS ultra-high strength aluminum alloy:manganese:microstructure;mechanical properties:spray forming:hot extru- sion 超高强度A1一Zn一MgCu(7000系)铝合金具有 近年的研究发现，在铝合金中添加一定量的合 比强度高及优良的综合性能，被广泛地应用于航空 金化元素锰，不仅可以显著的提高合金的强度，而且 及交通运输等领域山.随着科学技术的发展，对铝 铝合金的塑性或韧性不降低或略有降低，锰元素的 合金强度和韧性的要求日益提高，因此，在维持铝 这种良好的作用，使之成为高强铝合金中另外一种 合金高强度的同时，改善或提高材料的韧性，是铝合 重要的合金化元素2]. 金研究领域中重要而又紧迫的课题之一· 本文旨在通过喷射成形的方法，制备出含适量 收稿日期：2007-04-23修回日期：2007-10-16 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(N。,2001AA332030) 作者简介：蔡元华(1969-)男，工程师，博士，Email:yheaiusth(@163.com
喷射成形含锰高强 Al－Zn－Mg－Cu 的组织和性能 蔡元华 季 飞 王明记 黄进峰 段先进 张济山 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 摘 要 利用喷射成形和热挤压的方法制备了含锰为2％（质量分数）的高强铝合金 Al－8∙8Zn－2∙9Mg－1∙6Cu 合金用 X 射 线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）和透射电镜（T EM）等方法研究了铝合金的微观组织并进行了力学性能 测试．研究结果表明：喷射成形制备的含锰铝合金经过热挤压和固溶处理后基体组织为细小均匀的再结晶晶粒组织平均尺 寸约8μm．MnAl6 颗粒在喷射沉积过程中沿晶界析出经过热挤压后尺寸大的颗粒破碎大部分的颗粒则沿挤压方向产生一 定的塑性变形．固溶处理对 MnAl6 颗粒尺寸的影响不明显但棒状／片状颗粒的边角处发生球化有利于降低诱发显微裂纹的 应力或应变集中．时效后铝合金达强度为775MPa延伸率达4∙3％断口以细小的韧窝为主尺寸小于500nm． 关键词 超高强度铝合金；锰；微观组织；力学性能；喷射成形；热挤压 分类号 TG146∙2＋1 Microstructure and properties of spray-formed high-strength A-l Zn-Mg-Cu alloy containing manganese CAI Y uanhuaJI FeiW A NG MingjiHUA NG JinfengDUA N XianjinZHA NG Jishan State Key Laboratory for Advanced Metals and MaterialsUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT An A-l Zn-Mg-Cu alloy containing2％ Mn （mass fraction） was prepared by spray forming method and hot extrusion． T he microstructure and mechanical properties of the spray-deposited Al alloy were studied by optical microscopyscanning electron microscopyX-ray diffractionand tensile tests．T he results show that the Al alloy has uniformly fine recrystallized grains with an average size of 8μm after hot extrusion and solid solution treatment．MnAl6 particles were precipitated at grain boundaries during the spray forming processmost of the MnAl6particles were plastically deformed to some extent along the direction of extrusion during the hot extrusion processand some large MnAl6particles were fragged．T he effect of solution treatment on the size of MnAl6particles is negligible but the spheroidization of rod-like／plate-like particles occurred at the corner of these particles．T he spheroidization of MnAl6 particles is benefit to the decrease of stress or strain concentration which would induce microcracks．When aged at120℃ for24hthe tensile strength of the Al alloy was increased up to775MPa with an elongation of 4∙3％and the fracture surface consisted mainly of dimples with a size lower than500nm． KEY WORDS ultra-high strength aluminum alloy；manganese；microstructure；mechanical properties；spray forming；hot extrusion 收稿日期：2007-04-23 修回日期：2007-10-16 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（No．2001AA332030） 作者简介：蔡元华（1969－）男工程师博士E-mail：yhcaiustb＠163．com 超高强度 Al－Zn－Mg－Cu（7000系）铝合金具有 比强度高及优良的综合性能被广泛地应用于航空 及交通运输等领域［1］．随着科学技术的发展对铝 合金强度和韧性的要求日益提高．因此在维持铝 合金高强度的同时改善或提高材料的韧性是铝合 金研究领域中重要而又紧迫的课题之一． 近年的研究发现在铝合金中添加一定量的合 金化元素锰不仅可以显著的提高合金的强度而且 铝合金的塑性或韧性不降低或略有降低．锰元素的 这种良好的作用使之成为高强铝合金中另外一种 重要的合金化元素［2－7］． 本文旨在通过喷射成形的方法制备出含适量 第30卷 第7期 2008年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．7 Jul．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．07．036
第7期 蔡元华等：喷射成形含锰高强A一Z一MgCu的组织和性能 .757. 锰元素的高强Al一Zn一MgCu合金，研究锰元素对 铝合金组织和性能的影响，从而为含锰铝合金成分 2结果和讨论 设计和制备加工提供可靠的依据 2.1微观组织 1实验方法 所制备的含锰铝合金具有典型的快速凝固组织 特征，即：近球形的等轴晶形貌，晶粒大小较为均匀， 喷射成形制备含锰铝合金在本实验室内的设备 尺寸一般为15~30m,如图1(a)所示.沿晶粒边 上完成，实验用合金成分为（质量分数）：8.8%Zn、 界，有灰色的析出相分布，析出相多呈片状（或不规 2.9%Mg、1.6%Cu、2.0%Mn、0.12zr%、Al余量. 则方形)或短棒状：短棒状析出相颗粒的直径通常 所用原料为B96I母合金、A1-一10%Mn中间合金、 5m以下，其长径比一般不大于3，沿长轴方向的外 镁块(99.8%)和纯Zn(化学纯).雾化气体为工业 形轮廓呈曲线，且长轴方向是随机的：而片状颗粒的 级氮气，雾化压力0.4~0.45MPa,合金熔炼用真空 最大尺寸多小于3m,在晶粒内部，有少量的颗粒 中频感应炉，石墨熔炼坩锅，铝合金液体雾化温度为 状灰色析出相分布，晶粒内部析出的灰色相尺寸一 800~850℃，接收距离为400mm,沉积坯经车削加 般较小，直径小于2m,XRD分析结果显示沉积合 工成直径90mm的圆柱体，然后在425℃进行热挤 金主要由a一Al、Mgnz和MnAl6组成，通常情况下 压，挤压比为20：1. MgZ2相颗粒的尺寸较小，在光学显微镜下难以观 固溶处理温度485℃，固溶时间90min,均采用 测到，所以颗粒尺寸较大的灰色析出相应是MnAl6 水冷处理，热处理炉控温精度为士1℃，时效处理采 颗粒，从微观组织的角度去考虑材料的性能，在雾 取两种制度：一种是常规的T6处理，即120℃× 化沉积制坯的过程中，控制含锰相的析出和析出颗 24h处理；另一种为130℃×20h 粒的大小，使含锰相颗粒更加细小均匀分布于基体 利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等 中，对材料的最终性能将更加有利， 分析铝合金组织、物相和断口形貌 6000 (b) a-Al .MnAl o MgZn, 5000 Q-Al a-Al @-Al 2000 ) 1500 1000 500 2025303540455055606570758085 204m 20(e) 图1沉积态合金典型金相组织(a)及X射线衍射谱(b) Fig.1 Typical microstructure (a)and XRD spectrum (b)of as deposited Al-Zn-Mg Cu-Mn alloy 在后续的致密化热挤压中，沉积坯的等轴晶粒 沿挤压方向被拉长，呈现纤维状的组织形貌，晶粒边 界难以区分（图2），由于铝合金中含有较多的过渡 族元素Mn和少量的Zr元素，沉积过程中形成金属 间化合物，有较强的钉扎效应，故经过热挤压后，铝 合金具有严重的挤压效应，虽然挤压温度为425℃， 也没有发现挤压合金内存在明显的再结晶现象， 尤其值得注意的是：经过热挤压后，除部分尺寸 20um 较大的MnAl6颗粒发生破碎外，棒状MnAl的排列 方向发生了一些变化，长轴趋向于热挤压方向，而不 图2挤压态合金的光学金相显微组织 再像沉积态合金那样，长轴呈随机的排列；从形貌上 Fig.2 Optical micrograph of the alloy extruded at 420C
锰元素的高强 Al－Zn－Mg－Cu 合金研究锰元素对 铝合金组织和性能的影响从而为含锰铝合金成分 设计和制备加工提供可靠的依据． 1 实验方法 喷射成形制备含锰铝合金在本实验室内的设备 上完成实验用合金成分为（质量分数）：8∙8％Zn、 2∙9％Mg、1∙6％Cu、2∙0％Mn、0∙12Zr％、Al 余量． 所用原料为В96Ц 母合金、Al－10％Mn 中间合金、 镁块（99∙8％）和纯 Zn（化学纯）．雾化气体为工业 级氮气雾化压力0∙4～0∙45MPa合金熔炼用真空 中频感应炉石墨熔炼坩锅铝合金液体雾化温度为 800～850℃接收距离为400mm．沉积坯经车削加 工成直径90mm 的圆柱体然后在425℃进行热挤 压挤压比为20∶1． 固溶处理温度485℃固溶时间90min均采用 水冷处理．热处理炉控温精度为±1℃时效处理采 取两种制度：一种是常规的 T6处理即120℃× 24h处理；另一种为130℃×20h． 利用 X 射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等 分析铝合金组织、物相和断口形貌． 2 结果和讨论 2∙1 微观组织 所制备的含锰铝合金具有典型的快速凝固组织 特征即：近球形的等轴晶形貌晶粒大小较为均匀 尺寸一般为15～30μm如图1（a）所示．沿晶粒边 界有灰色的析出相分布析出相多呈片状（或不规 则方形）或短棒状：短棒状析出相颗粒的直径通常 5μm以下其长径比一般不大于3沿长轴方向的外 形轮廓呈曲线且长轴方向是随机的；而片状颗粒的 最大尺寸多小于3μm．在晶粒内部有少量的颗粒 状灰色析出相分布晶粒内部析出的灰色相尺寸一 般较小直径小于2μm．XRD 分析结果显示沉积合 金主要由α－Al、MgZn2 和 MnAl6 组成通常情况下 MgZn2 相颗粒的尺寸较小在光学显微镜下难以观 测到所以颗粒尺寸较大的灰色析出相应是 MnAl6 颗粒．从微观组织的角度去考虑材料的性能在雾 化沉积制坯的过程中控制含锰相的析出和析出颗 粒的大小使含锰相颗粒更加细小均匀分布于基体 中对材料的最终性能将更加有利． 图1 沉积态合金典型金相组织（a）及 X 射线衍射谱（b） Fig．1 Typical microstructure （a） and XRD spectrum （b） of as deposited A-l Zn-Mg-Cu-Mn alloy 在后续的致密化热挤压中沉积坯的等轴晶粒 沿挤压方向被拉长呈现纤维状的组织形貌晶粒边 界难以区分（图2）．由于铝合金中含有较多的过渡 族元素 Mn 和少量的 Zr 元素沉积过程中形成金属 间化合物有较强的钉扎效应故经过热挤压后铝 合金具有严重的挤压效应虽然挤压温度为425℃ 也没有发现挤压合金内存在明显的再结晶现象． 尤其值得注意的是：经过热挤压后除部分尺寸 较大的 MnAl6 颗粒发生破碎外棒状 MnAl6 的排列 方向发生了一些变化长轴趋向于热挤压方向而不 再像沉积态合金那样长轴呈随机的排列；从形貌上 图2 挤压态合金的光学金相显微组织 Fig．2 Optical micrograph of the alloy extruded at 420℃ 第7期 蔡元华等： 喷射成形含锰高强 Al－Zn－Mg－Cu 的组织和性能 ·757·
.758 北京科技大学学报 第30卷 看，棒状MnAl6颗粒的长径比有较为明显的增大， 的强度提高具有积极的影响，形成类似短纤维强化 其值介于35，同时沿长轴方向的外形轮廓变得平 陶瓷的强化作用， 直，说明部分MnAl6颗粒在铝合金基体的挟裹下沿 经优化的固溶制度处理后，无论挤压棒的纵截 挤压方向发生一定程度的塑性变形.MnAl6颗粒形 面还是横截面上，都呈现细小的等轴的再结晶晶粒， 态的这些变化，对高强铝合金来说很重要，挟裹下的 平均晶粒尺寸约为8m,虽然已完成变形组织的再 变形不仅可以降低硬质点对柔性基体的割裂，避免 结晶，但挤压时的纤维状流线还依稀可见，如图3 基体中显微裂纹数量的增加，还可以使某一方向上 所示 (a) 20m 图3A一Zn一MgC一Mn合金485℃×90mim固溶态显微组织.(a)横断面；(b)纵截面 Fig-3 Microstructures of the alloy solution treated at 485 C for 90 min:(a)transverse section:(b)longitudinal section 轻微侵蚀的纵截面组织显示，在固溶处理过程 I(Mgnz)·大量的实验证实Al一Zn一MgCu系合 中，MnAl6颗粒长大不明显，但颗粒的形貌发生了较 金的主要强化相为相8山，只有使过饱和固溶体 为明显的变化，较多颗粒的边角处出现了球化的现 大量析出相，且相不转变为”相，才能保证合 象，如图4所示.棒状或片状颗粒的球化是一个有 金达到最佳力学性能， 利的变化，因为塑性变形时，微裂纹通常是在第2相 含锰铝合金经两种制度进行时效处理的力学性 颗粒界面上形核和扩展的，然后形成韧窝，而第2相 能测试结果如表1，经T6处理的铝合金的强度达 颗粒的球化有利于降低应力集中，推迟裂纹的形成， 到了775MPa,延伸率为4.3%；而经130℃×20h 同时可以钝化裂纹尖端，降低裂纹的扩展速率. 处理的强度为735MPa,延伸率为5.1%.时效温度 提高后，铝合金的强度降低约5%，而延伸率提高约 2%,测量硬度法得出的合金时效动力学曲线却表 明：无论时效温度是120℃还是130℃，含锰铝合金 获得最大硬度的时间均为20h,但两种温度处理所 得最大硬度接近，强度和硬度的不同步可以从拉伸 断口组织（图5）看出，铝合金中含有大量的金属间 化合物MnAl6颗粒，颗粒大小不一，大颗粒的尺寸 20 um 在5m左右，小颗粒尺寸在1m以下.测量试样 的硬度时，不仅铝合金基体对所测得的硬度值有贡 图4485℃×90min固溶处理后的纵截面显微组织（轻微腐蚀） 献，硬质的MnAl6颗粒对此也有很大的贡献，测量 Fig4 Longitudinal microstructure of the alloy solution treated at 铝合金试样的时效动力学曲线时，所考虑的主要是 485 C for 90 min (slightly etched) 表1固溶时效后试样的室温拉伸性能 2.2铝合金的性能和断口形貌 Table 1 Tensile properties of the extruded alloy after solid solution and AlZm一MgCu系铝合金是典型的沉淀强化型 ageing 的合金，时效制度对铝合金的性能有重要的影响 时效制度 抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/% 对Al一Zn一MgCu系铝合金，过饱和固溶体的析出 120℃×24h 775 740 4.3 强化规律为：过饱和固溶体→GP区→T(MgZ2)→ 130℃×20h 735 715 5.1
看棒状 MnAl6 颗粒的长径比有较为明显的增大 其值介于3～5同时沿长轴方向的外形轮廓变得平 直说明部分 MnAl6 颗粒在铝合金基体的挟裹下沿 挤压方向发生一定程度的塑性变形．MnAl6 颗粒形 态的这些变化对高强铝合金来说很重要挟裹下的 变形不仅可以降低硬质点对柔性基体的割裂避免 基体中显微裂纹数量的增加还可以使某一方向上 的强度提高具有积极的影响形成类似短纤维强化 陶瓷的强化作用． 经优化的固溶制度处理后无论挤压棒的纵截 面还是横截面上都呈现细小的等轴的再结晶晶粒 平均晶粒尺寸约为8μm虽然已完成变形组织的再 结晶但挤压时的纤维状流线还依稀可见如图3 所示． 图3 Al－Zn－Mg－Cu－Mn 合金485℃×90min 固溶态显微组织．（a） 横断面；（b） 纵截面 Fig．3 Microstructures of the alloy solution-treated at 485℃ for90min：（a） transverse section；（b） longitudinal section 轻微侵蚀的纵截面组织显示在固溶处理过程 中MnAl6 颗粒长大不明显但颗粒的形貌发生了较 为明显的变化较多颗粒的边角处出现了球化的现 象如图4所示．棒状或片状颗粒的球化是一个有 利的变化因为塑性变形时微裂纹通常是在第2相 颗粒界面上形核和扩展的然后形成韧窝而第2相 颗粒的球化有利于降低应力集中推迟裂纹的形成 同时可以钝化裂纹尖端降低裂纹的扩展速率． 图4 485℃×90min 固溶处理后的纵截面显微组织（轻微腐蚀） Fig．4 Longitudinal microstructure of the alloy solution-treated at 485℃ for90min （slightly etched） 2∙2 铝合金的性能和断口形貌 Al－Zn－Mg－Cu 系铝合金是典型的沉淀强化型 的合金时效制度对铝合金的性能有重要的影响． 对 Al－Zn－Mg－Cu 系铝合金过饱和固溶体的析出 强化规律为：过饱和固溶体→GP 区→η′（MgZn2）→ η（MgZn2）．大量的实验证实 Al－Zn－Mg－Cu 系合 金的主要强化相为 η′相［8－11］只有使过饱和固溶体 大量析出 η′相且 η′相不转变为 η相才能保证合 金达到最佳力学性能． 含锰铝合金经两种制度进行时效处理的力学性 能测试结果如表1．经 T6处理的铝合金的强度达 到了775MPa延伸率为4∙3％；而经130℃×20h 处理的强度为735MPa延伸率为5∙1％．时效温度 提高后铝合金的强度降低约5％而延伸率提高约 2％．测量硬度法得出的合金时效动力学曲线却表 明：无论时效温度是120℃还是130℃含锰铝合金 获得最大硬度的时间均为20h但两种温度处理所 得最大硬度接近．强度和硬度的不同步可以从拉伸 断口组织（图5）看出．铝合金中含有大量的金属间 化合物 MnAl6 颗粒颗粒大小不一大颗粒的尺寸 在5μm 左右小颗粒尺寸在1μm 以下．测量试样 的硬度时不仅铝合金基体对所测得的硬度值有贡 献硬质的 MnAl6 颗粒对此也有很大的贡献．测量 铝合金试样的时效动力学曲线时所考虑的主要是 表1 固溶时效后试样的室温拉伸性能 Table1 Tensile properties of the extruded alloy after solid-solution and ageing 时效制度 抗拉强度／MPa 屈服强度／MPa 延伸率／％ 120℃×24h 775 740 4∙3 130℃×20h 735 715 5∙1 ·758· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第7期 蔡元华等：喷射成形含锰高强一Z一MgQu的组织和性能 .759. 时效析出相对铝合金强度或硬度的贡献，但在采用 度的测量起了较大的干扰，故在120℃×24h和 较大载荷时铝合金中含有的MnAl6颗粒对实际硬 130℃×20h时效后的硬度值相差无几 (a) (b) 10μm 。 10 um 图5断口sEM像.(a)120℃×24h:(b)130℃×20h Fig-5 SEM image of fracture surface:(a)120℃×24h:(b)130℃X20h 实验铝合金的断口呈现明显的韧性断裂特征， 出，在随后的热挤压处理中，含锰相在基体的挟裹 即断口表面主要是韧窝，其尺寸比较均匀，尺寸细 下，沿挤压方向发生一定的塑性变形，且长轴趋向于 小.个别沿较大尺寸MnAl6颗粒界面形成的韧窝， 挤压方向；固溶处理对含锰相尺寸的影响不明显，但 尺寸较大，多在1~3m,大多数的韧窝尺寸均小于 会使棒状或片状的含锰的边角出现球化，降低应力 500nm(图6所示)·断口形貌与固溶处理后铝合金 集中，因而有益于材料性能的提高， 具有细小均匀的微观组织是一致的，细小的基体晶 (3)经T6处理后，含锰铝合金的强度高达 粒组织是细小韧窝的一个条件.在断口上还可以看 775MPa,延伸率达到了4.3%；拉伸断口呈现典型 出MnAl6颗粒与柔性的基体结合良好，并未因为铝 的韧性断裂形貌，断面细腻均匀，断口上韧窝均匀细 合金经过热挤压的剧烈变形，使MnAl6颗粒与基体 小，尺寸多小于500nm, 产生剥离，与T6处理相比，铝合金经过130℃× 20h处理后，断口韧窝的尺寸变化不大 参考文献 [1]Chen C Q.Development of ultrahigh-strength aluminum alloys. Trans.Nonferrous Met Soe China.2002.12(Al Alloy Spe cial):22 (陈昌麒.超高强度铝合金的发展.中国有色金属学报，2002； 12(铝合金专辑)：22) [2]Lim S G.Sunamat M,Kaneko J.Age hardening and mechanical properties of rapidly solidified Al-9%Zn-25%Mg-1%Cu alloys containing transition metals.J Jpn Inst Light Met,1991.41: 440 um [3]Kusui J.Yokte T.Osamura K,et al.Development of super high strength Al-Zn-Mg Cu P/M alloys.Mater Sci Forum.1996. 217/222:1823 图6图5(b)中方框区域放大像 Fig.6 Enlargement of the square part in Fig-5(b) [4]Osamura K.Kohno K.Okuda H,et al.Mesoscopic structure of superhigh strength P/M Al-Zn-Mg Cu alloys.Mater Sci Fo- rum,1996,217/222:1829 3结论 [5]Chang J.Moon I.Choi C.Evolution of microstructure and tensile strength of rapidly solidified Al-4.7%Zn-2.5%Mg-0.2% (I)喷射成形制备的含锰的铝合金，经过热挤 Mn alloys.Metall Mater Trans,1998,A 29:1873 压和固溶处理后，具有细小的和均匀的再结晶晶粒 [6]Lim S G.Jung Y S.and Kim S S.Characteristics of rapidly so- 组织，其平均尺寸约为8m lidified Al-7075-x%wt Mn alloys.Scripta Mater.2000.43: (2)MnAl6颗粒在喷射成形过程中沿晶界析 1077 (下转第774页)
时效析出相对铝合金强度或硬度的贡献但在采用 较大载荷时铝合金中含有的 MnAl6 颗粒对实际硬 度的测量起了较大的干扰故在120℃×24h 和 130℃×20h 时效后的硬度值相差无几． 图5 断口 SEM 像．（a）120℃×24h；（b）130℃×20h Fig．5 SEM image of fracture surface：（a）120℃×24h；（b）130℃×20h 实验铝合金的断口呈现明显的韧性断裂特征 即断口表面主要是韧窝其尺寸比较均匀尺寸细 小．个别沿较大尺寸 MnAl6 颗粒界面形成的韧窝 尺寸较大多在1～3μm大多数的韧窝尺寸均小于 500nm（图6所示）．断口形貌与固溶处理后铝合金 具有细小均匀的微观组织是一致的细小的基体晶 粒组织是细小韧窝的一个条件．在断口上还可以看 出 MnAl6 颗粒与柔性的基体结合良好并未因为铝 合金经过热挤压的剧烈变形使 MnAl6 颗粒与基体 产生剥离．与 T6处理相比铝合金经过130℃× 20h处理后断口韧窝的尺寸变化不大． 图6 图5（b）中方框区域放大像 Fig．6 Enlargement of the square part in Fig．5（b） 3 结论 （1） 喷射成形制备的含锰的铝合金经过热挤 压和固溶处理后具有细小的和均匀的再结晶晶粒 组织其平均尺寸约为8μm． （2） MnAl6颗粒在喷射成形过程中沿晶界析 出在随后的热挤压处理中含锰相在基体的挟裹 下沿挤压方向发生一定的塑性变形且长轴趋向于 挤压方向；固溶处理对含锰相尺寸的影响不明显但 会使棒状或片状的含锰的边角出现球化降低应力 集中因而有益于材料性能的提高． （3） 经 T6处理后含锰铝合金的强度高达 775MPa延伸率达到了4∙3％；拉伸断口呈现典型 的韧性断裂形貌断面细腻均匀断口上韧窝均匀细 小尺寸多小于500nm． 参 考 文 献 ［1］ Chen C Q．Development of ultrahigh-strength aluminum alloys． T rans． Nonferrous Met Soc China200212（Al Alloy Special）：22 （陈昌麒．超高强度铝合金的发展．中国有色金属学报2002； 12（铝合金专辑）：22） ［2］ Lim S GSunamat MKaneko J．Age hardening and mechanical properties of rapidly solidified A-l9％Zn-25％ Mg-1％ Cu alloys containing transition metals．J Jpn Inst L ight Met199141： 440 ［3］ Kusui JYokte TOsamura Ket al．Development of super-high strength A-l Zn-Mg-Cu P／M alloys． Mater Sci Forum1996 217／222：1823 ［4］ Osamura KKohno KOkuda Het al．Mesoscopic structure of supe-r high strength P／M A-l Zn-Mg-Cu alloys． Mater Sci Forum1996217／222：1829 ［5］ Chang JMoon IChoi C．Evolution of microstructure and tensile strength of rapidly solidified A-l4∙7％Zn-2∙5％Mg-0∙2％Zr-x％ Mn alloys．Metall Mater T rans1998A29：1873 ［6］ Lim S GJung Y Sand Kim S S．Characteristics of rapidly solidified A-l7075-x％ wt Mn alloys． Scripta Mater200043： 1077 （下转第774页） 第7期 蔡元华等： 喷射成形含锰高强 Al－Zn－Mg－Cu 的组织和性能 ·759·
,774 北京科技大学学报 第30卷 surface wettability conversion of Zno and TiO2 thin films.J [16]Feng X.Feng L,Jin M,et al.Reversible super-hydrophobicity Phys Chem B,2001,105:1984 to super-hydrophilicity transition of aligned ZnO nano rod films. [14]Liu H,Feng L.Zhai J.et al.Reversible wettability of a chemi- JAm Chem Soc.2004.126:62 cal vapor deposition prepared Zno films between super [17]Li M.Zhai J.Liu H.et al.Electrochemical deposition of con- hydrophobicity and super hydrophilicity Langmir.2004.20: ductive super-hydrophobic zinc oxide thin films.J Phys Chem 5659 B,2003,107:9954 [15]Shinde V R.Lokhande C D.Mane RS,et al.Hydrophobic and [18]Liu C S,Masuda Y,Wu Y.et al.A simple route for growing textured ZnO films deposited by chemical bath deposition:an thin films of uniform ZnO nano rod arrays on functionalized Si nealing effeet.Appl Surf Sei.2005.245:407 surfaces.Thin Solid Films.2006.503:110 (上接第759页) (华明建，李春志，王鸿渐，微观组织对7075铝合金的屈服强 [7]Adachi H.Osamura K.Ochiai S,et al.Mechanical property of 度和抗应力腐蚀性能的影响-金属学报，1988，A24:41) nanoscale precipitate hardening aluminum alloys.Scripta Mater, [10]Sha G.Cerezo A.Early-stage precipitation in Al-Zn-Mg Cu 2001,44,1489 alloy(7050).Acta Mater,2004,52:4503 [8]Park J K.Ardell A J.Affection of retrogression and reaging treat- [11]Zeng Y.Yin Z M.Pan Q,et al.Present research and develop- ments on the microstructure of Al-7075-T651.Metall Trans. ing trends of ultra high strength aluminum alloys.ICent South 1984,A15,1531. Univ Technol Nat Sci,2002,33:592 [9]Hua M J.Li C Z.Wang H J.Effect of microstructures on the (曾渝，尹志民，潘青林，等.超高强铝合金的研究现状及发展 yield strength and SCR of 7075 aluminium alloy.Acta Metall 趋势.中南工业大学学报：自然科学版，2002,33：592) Sin,1988,A24:41
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