1　前言
超音速气体雾化法是目前生产中最常用的快速凝固制备合金粉末的方法之一,利用这种工艺制备高硅铝合金粉末可使初晶Ｓｉ极度细化[1～3],消除了利用铸锭冶金法所制备高硅铝合金中粗大多角块状初晶Ｓｉ对合金性能带来的不利影响。这种快速凝固粉末经常要经高温固结成形(如热挤压和热锻等)才能使用[4],但是在固结前高温加热很可能对合金组织带来不利影响(如过饱和溶体的脱溶分解及组织粗化等),将损害合金力学性能,因此研究合金粉末在高温加热高过程中组织演变规律对挤压前合金粉末加热温度的确定具有重要现实意义。

2　合金制备及试验方法
合金设计成分为Ａｌ 17Ｓｉ 6Ｆｅ 4 5Ｃｕ 0 5Ｍｇ,首先制备母合金锭,然后利用超音速气体雾化法制备合金粉末,雾化气体选用氮气,气体压力2ＭＰａ,雾化温度900℃,整个制粉过程是在氮气保护下进行。对制得合金粉末化学成分分析,结果如表1所示。
把所制备合金粉末用玻璃管抽真空后密封,用电阻炉在不同温度加热合金粉末,保温时间为2ｈ。热处理后空冷至室温并对合金粉末进行筛分。利用Ｘ射线及扫描电镜对原始粉末及热处理后合金粉末的相组成及显微组织特征进行研究。利用显微硬度计测试尺寸较大粉末(>125μｍ)的显微硬度值。组织观察试样用导电胶镶嵌方法制作,然后进行打磨抛光,用Ｋｅｌｌｅｒ’ｓ试剂腐蚀试样。


3　试验结果及分析

3 1　Ｘ射线衍射物相分析
图1所示为不同温度加热合金粉末后Ｘ射线衍射物相分析结果,结果表明合金粉末在加热时组织物相组成主要发生以下变化:
ａ 加热温度低于265℃时,合金组织物相组成基本与原始粉末保持一致,主要由α-Ａｌ、β Ｓｉ、δ (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ)及Ｑ Ａｌ4Ｃｕ2Ｍｇ8Ｓｉ7相等组成,其中δ (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ)是非平衡亚稳相。但是原始粉末α Ａｌ、β Ｓｉ衍射峰有一定程度宽化,说明有大量合金元素在快速凝固作用下过饱和固溶于α Ａｌ、β Ｓｉ中,造成晶格畸变,从而引起它们衍射峰的宽化。相对来说加热后合金粉末α Ａｌ、β Ｓｉ衍射峰宽化程度有所减弱,其原因一方面在于粉末受热后α Ａｌ、β Ｓｉ中过饱和固溶原子的发生部分脱溶,使其晶格畸变有所缓和;另一方面也与α Ａｌ、β Ｓｉ晶格畸变在热作用下发生部分回复有关。
ｂ 加热温度达到324℃时合金组织物相组成发生明显变化,主要表现为δ (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ)衍射峰逐渐消失,同时有明显的β (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ)衍射峰出现,说明非平衡亚稳相δ (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ)开始发生平衡相变,转变为稳定态平衡相β (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ);此温度下加热合金粉末另一个显著特征为在Ｘ射线衍射曲线上出现Ａｌ7Ｃｕ2Ｆｅ相衍射峰,分析认为Ａｌ7Ｃｕ2Ｆｅ相是一种沉淀析出相,而非由其它相转变而来的。原因在于对原始粉末物相分析并没有发现含Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ元素的金属间化合物相存在,因此不能为Ａｌ7Ｃｕ2Ｆｅ的形成提供母相来源。但是对原始粉末组织中基体相进行能谱分析表明基体中除过饱和固溶有大量Ｓｉ元素外,还溶解有一定量Ｆｅ、Ｃｕ等合金元素,因此为Ａｌ7Ｃｕ2Ｆｅ的沉淀析出提供必要的成分条件。
ｃ 加热温度达到357℃时,亚稳非平衡β (Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ)相几乎全部转变为平衡相,同时发现Ｑ (Ａｌ4Ｃｕ2Ｍｇ8Ｓｉ7)相溶解于基体。对此是很好理解的,因为组成Ｑ (Ａｌ4Ｃｕ2Ｍｇ8Ｓｉ7)相合金元素相互之间亲和力较弱,这种相相对于含铁金属间化合物相热稳定性较差,因此高温加热时更易发生溶解。这些溶解于基体的合金元素一方面可能以固溶原子形式存在于基体晶格中,另一方面可能通过扩散在合金中其它热稳定性较好的第二相表面沉淀,促使这些第二相发生粗化或长大。
ｄ 温度继续升高,Ｘ射线衍射谱线基本不发生变化,说明此时合金组织已经达到平衡状态,物相组成不发生任何变化。但是由于加热温度较高,合金中第二现有可能发生部分溶解,其中Ｓｉ相热稳定性较差,Ｓｉ原子在铝中扩散系数较高,而且随温度升高其在铝中的溶解度也增大,因此可以推断Ｓｉ相在升温过程首先发生溶解;含Ｆｅ金属间化合物热稳定性较好,加热时不易溶解,但是若温度太高,比如达490℃以上,这些含Ｆｅ金属间化合物也有可能部分溶解于基体。