,1586 北京科技大学学报 第31卷 通过对图5、图6的观察分析发现，随着保温时间 4.4%TiC./7075A1基复合材料的晶粒长大速度（图 的延长，两种材料的组织中初生晶粒逐渐长大，和球化 6(a),两种材料组织中初生晶粒的球化效果都有明 的过程基本相似，唯一不同之处是4.4%TiC,/7075A1 显提高（图6(b):②保温后期（即40~60min), 基复合材料的晶粒大小、球化与均匀化程度均较 7075基体合金与4.4%TiC./7075Al基复合材料的 7075基体合金有明显提高.因此可以分为两个阶 晶粒长大速度基本一致，两种材料组织中初生晶粒 段来描述晶粒长大和球化过程：①保温前期（即 的球化效果都基本不再发生改变，保持相对稳定的 10~20min),7075铝合金的晶粒长大速度明显高于 状态 0.90 (a) 100 ■4.4%TiC,/7075 (b) ■4.4%TC.7075 ●7075 0.85 ●7075 wrd' 90 0.80 0.75 70 60 0.65 40 0.60 10 20 304050 60 10 2030.405060 保温时间/min 保温时间mn 图6晶粒的平均等积圆直径()、形状因子(b)与保温时间的关系 Fig.6 Relations of mean equal-area circle diameter (a)and shape factor (b)to holding time 综上所述，为保证半固态触变成形工艺的顺利 分析其对二次加热组织的细化作用主要有以下三个 进行，二次加热时不仅温度的选择是十分关键的，而 方面：①TiC颗粒的加入使得在相同加热保温条件 且保温时间以及加热温度与保温时间的合理匹配也 下进行二次加热实验时，4.4%TiC,/7075A1基复合 是至关重要的，对于尺寸为6mmX6mmX6mm的 材料组织内部产生的液相体积分数较7075基体合 4.4%TiC,/7075Al基复合材料试样，二次加热的最 金有所减少，显著增加了晶粒的非均匀形核率，从而 佳工艺参数是：二次加热温度为590~610℃，保温 减小了晶粒长大的有效空间；②TiC增强颗粒的存 时间为10~20min. 在减小了7075基体合金中其他合金元素的有效扩 2.3TiC颗粒对复合材料二次加热组织的影响 散系数，也有效抑制了二次加热过程中晶粒的长大： 图7为合金中以原位反应方式加入的TiC颗粒 ③在形核数目一定的条件下，晶粒的长大主要是依 的形貌与分布.由图7(a)可知，原位TiC颗粒的形 靠晶界的移动来完成，而在二次加热过程中，由于有 貌呈现多边形（空间中呈多面体），尺寸为0.5~ 一定量液相的存在，处于晶界处的部分TC颗粒被 1.0m.由原位反应（或原位合成）技术的特点[]可 液相浸润，因此晶界在迁移时拖动带有一定液相膜 知，原位TiC颗粒在基体内的分布是较为均匀的， 的颗粒一起移动变得非常困难，而只能采取以绕过 即在基体的晶粒内部和晶界（图7(b))处均有分布. 颗粒的方式来继续移动，从而降低了晶界移动的速 (b) 度，使晶粒长大行为受到抑制，其抑制作用过程如 图8所示， 原位反应近液相线铸造4.4%TiC,/7075Al基 复合材料与7075基体合金在600℃时的晶粒粗化 动力学曲线示于图9中.根据Ostwald熟化定律，平 均等积圆直径(D)的立方与保温时间(t)成正比，应 用公式为10： △D3ocKt 式中，K为晶粒粗化速率常数， 500 nm 50m 由图9中两条拟合直线的斜率可知，7075基体 图7原位TiC颗粒的形貌(a)与分布(b) 合金的晶粒粗化速率常数为311.7hm3s1,而 Fig.7 Morphology (a)and distribution (b)of in situ TiC particles 4.4%TiC./7075Al基复合材料的晶粒粗化速率常通过对图5、图6的观察分析发现‚随着保温时间 的延长‚两种材料的组织中初生晶粒逐渐长大‚和球化 的过程基本相似‚唯一不同之处是4∙4％TiCp／7075Al 基复合材料的晶粒大小、球化与均匀化程度均较 7075基体合金有明显提高．因此可以分为两个阶 段来描述晶粒长大和球化过程：① 保温前期（即 10～20min）‚7075铝合金的晶粒长大速度明显高于 4∙4％TiCp／7075Al 基复合材料的晶粒长大速度（图 6（a））‚两种材料组织中初生晶粒的球化效果都有明 显提高（图6（b））；② 保温后期（即40～60min）‚ 7075基体合金与4∙4％TiCp／7075Al 基复合材料的 晶粒长大速度基本一致‚两种材料组织中初生晶粒 的球化效果都基本不再发生改变‚保持相对稳定的 状态． 图6 晶粒的平均等积圆直径（a）、形状因子（b）与保温时间的关系 Fig．6 Relations of mean equa-l area-circle diameter （a） and shape factor （b） to holding time 综上所述‚为保证半固态触变成形工艺的顺利 进行‚二次加热时不仅温度的选择是十分关键的‚而 且保温时间以及加热温度与保温时间的合理匹配也 是至关重要的．对于尺寸为6mm×6mm×6mm 的 4∙4％TiCp／7075Al 基复合材料试样‚二次加热的最 佳工艺参数是：二次加热温度为590～610℃‚保温 时间为10～20min． 图7 原位 TiC 颗粒的形貌（a）与分布（b） Fig．7 Morphology （a） and distribution （b） of in-situ TiC particles 2∙3 TiC 颗粒对复合材料二次加热组织的影响 图7为合金中以原位反应方式加入的 TiC 颗粒 的形貌与分布．由图7（a）可知‚原位 TiC 颗粒的形 貌呈现多边形（空间中呈多面体）‚尺寸为0∙5～ 1∙0μm．由原位反应（或原位合成）技术的特点［9］可 知‚原位 TiC 颗粒在基体内的分布是较为均匀的‚ 即在基体的晶粒内部和晶界（图7（b））处均有分布． 分析其对二次加热组织的细化作用主要有以下三个 方面：① TiC 颗粒的加入使得在相同加热保温条件 下进行二次加热实验时‚4∙4％TiCp／7075Al 基复合 材料组织内部产生的液相体积分数较7075基体合 金有所减少‚显著增加了晶粒的非均匀形核率‚从而 减小了晶粒长大的有效空间；② TiC 增强颗粒的存 在减小了7075基体合金中其他合金元素的有效扩 散系数‚也有效抑制了二次加热过程中晶粒的长大； ③ 在形核数目一定的条件下‚晶粒的长大主要是依 靠晶界的移动来完成‚而在二次加热过程中‚由于有 一定量液相的存在‚处于晶界处的部分 TiC 颗粒被 液相浸润‚因此晶界在迁移时拖动带有一定液相膜 的颗粒一起移动变得非常困难‚而只能采取以绕过 颗粒的方式来继续移动‚从而降低了晶界移动的速 度‚使晶粒长大行为受到抑制．其抑制作用过程如 图8所示． 原位反应近液相线铸造4∙4％TiCp／7075Al 基 复合材料与7075基体合金在600℃时的晶粒粗化 动力学曲线示于图9中．根据 Ostwald 熟化定律‚平 均等积圆直径（ D）的立方与保温时间（ t）成正比‚应 用公式为［10］： ΔD 3∝ Kt 式中‚K 为晶粒粗化速率常数． 由图9中两条拟合直线的斜率可知‚7075基体 合金的晶粒粗化速率常数为311∙7μm 3·s －1‚而 4∙4％TiCp／7075Al 基复合材料的晶粒粗化速率常 ·1586· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷