網(wǎng)球鋁合金拍柄顯微組織與學(xué)性能研究

定茜

摘要：隨著人類對(duì)網(wǎng)球熱衷程度的提高，對(duì)網(wǎng)球的性能提出了更高的要求，于是制作高端網(wǎng)球拍顯得相當(dāng)重要。鋁合金的性能較好，其密度較小、具有很較好的耐腐蝕性，將其應(yīng)用于高端網(wǎng)球拍中比較合適，能夠提高網(wǎng)球拍的應(yīng)用效果和舒適感。不同的鋁合金具備的顯微組織和力學(xué)性能將會(huì)不同，應(yīng)用于網(wǎng)球拍中的效果也會(huì)存在差異，于是文章通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方式，研究了鋁合金的顯微組織和力學(xué)性能。由于鋁合金性能會(huì)受到多方面因素的影響，文章主要對(duì)其時(shí)效工藝中的時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，當(dāng)時(shí)效時(shí)間為20h、時(shí)效溫度為150C時(shí)，鋁合金的平均晶粒尺寸最小、顯微組織比較均勻，并且具備良好的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球;鋁合金;顯微組織;力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TG166.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）07-0146-04

鋁合金不僅具備密度小的特點(diǎn)，還具有不錯(cuò)的耐腐蝕性能，由于網(wǎng)球拍需要具備質(zhì)量輕的特點(diǎn)，將鋁合金應(yīng)用其中可以發(fā)揮較好的應(yīng)用效果，并且鋁合金的性能對(duì)網(wǎng)球拍柄的使用效果具有一定的影響，于是對(duì)鋁合金性能進(jìn)行研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。然而鋁合金的性能受到很多因素的影響，比如常見(jiàn)的熱處理工藝和其組成成分等，付佳等人就研究了鋁合金的力學(xué)性能和組織受到熱處理的影響[1]。同樣還有其他學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，只是研究的鋁合金類型不一樣[2-3]。另外，時(shí)效工藝也會(huì)影響到鋁合金的性能，并且對(duì)于這方面的研究比較少，于是本文將從時(shí)效工藝方面研究網(wǎng)球鋁合金拍柄的顯微組織和力學(xué)性能。林松盛等人對(duì)鋁合金進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)銦能夠提高其性能”。于是為了增加鋁合金的性能，在Al-Mg-Zn鋁合金的基礎(chǔ)上加人元素In，于是可以變成Al-Mg-Zn一In鋁合金，將其運(yùn)用于網(wǎng)球拍柄中具有較好的性能。然而鋁合金的時(shí)效工藝會(huì)對(duì)其性能造成影響，所以為了得到更加優(yōu)質(zhì)的鋁合金，將會(huì)其時(shí)效工藝對(duì)鋁合金顯微組織和力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究。另外，時(shí)效工藝中包含的因素較多，于是本文將通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方式主要對(duì)其時(shí)效時(shí)間和時(shí)效溫度進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)所需要的材料主要為Al-Mg-Zn新型網(wǎng)球拍鋁合金擠壓板材。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要使用到的儀器主要為金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、光譜儀、沖擊試驗(yàn)機(jī)。

1.2試樣的制作

在板材的制作過(guò)程中，其中涉及到的相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：擠壓速度為3mm/min，擠壓溫度為490C。材料的擠壓完成之后，需要快速的對(duì)材料進(jìn)行在線淬火，選擇的淬火方式為水淬。于是需要將制作好的板材進(jìn)行切割，切割成多個(gè)小樣作為實(shí)驗(yàn)的試樣，試樣的尺寸大小為40cmX20cmX0.4cm。然后再將這些試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，研究不同工藝的時(shí)效處理對(duì)鋁合金的力學(xué)性能的影響。表1即為5個(gè)試樣中時(shí)效工藝參數(shù)。

1.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)光譜儀對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)其化學(xué)成分，其檢測(cè)結(jié)果如表1所示。然后再通過(guò)顯微鏡對(duì)不同工藝時(shí)效的試樣進(jìn)行觀察其顯微組織。再在常溫環(huán)境下使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)，對(duì)試樣的拉伸方向與擠壓方向是垂直的。當(dāng)進(jìn)行拉伸之后，試樣出現(xiàn)斷裂，則使用掃描電子顯微鏡對(duì)斷口進(jìn)行觀察。最后在室溫環(huán)境下，通過(guò)使用沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行沖擊測(cè)試，測(cè)試試樣的沖擊性能，缺口的形狀為V型。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1拉伸性能

2.1.1時(shí)效溫度相同的情況

當(dāng)時(shí)效溫度相同時(shí)，研究時(shí)效時(shí)間對(duì)鋁合金拉伸性能的影響。同樣使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同時(shí)效時(shí)間下的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其中的時(shí)效溫度設(shè)置為150C，最后試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，與第一種情況一樣，試樣的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后收縮率的變化趨勢(shì)也是先增大后減小，可知當(dāng)時(shí)效時(shí)間過(guò)程或者過(guò)短時(shí)都不利于試樣的拉伸性能。從圖中可以看出，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后收縮率的最大值分別為416MPa、362MPa、19.8%。于是通過(guò)設(shè)置的3種時(shí)效時(shí)間可得到如下結(jié)論：當(dāng)時(shí)效溫度設(shè)置為150C、時(shí)效時(shí)間設(shè)置為20h時(shí)，其拉伸性能達(dá)到最大。

2.1.2時(shí)效時(shí)間相同的情況

通過(guò)使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同時(shí)效溫度下的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后，其檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。其中設(shè)置的時(shí)效時(shí)間均相等，都為20h。從圖中可以看出，當(dāng)時(shí)效溫度不同時(shí)，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后收縮率都會(huì)發(fā)生變化，其變化趨勢(shì)均為先增大后減小。由于時(shí)效溫度只設(shè)置到3種情況，所以能夠大概得到當(dāng)時(shí)效溫度設(shè)置為150C時(shí)，其3種拉伸性能均達(dá)到最大值，分別為416MPa、362MPa、19.8%。從而可以得出如下結(jié)論：當(dāng)時(shí)效時(shí)間為20h、時(shí)效溫度為150C時(shí)，網(wǎng)球鋁合金拍柄的拉伸性能最好。

完成拉伸實(shí)驗(yàn)之后，試樣會(huì)發(fā)生斷裂情況，于是需要使用掃描電子顯微鏡對(duì)斷口出進(jìn)行觀察，在室溫環(huán)境下的觀察的結(jié)果如圖3所示，其中涉及到的時(shí)效時(shí)間為20h，時(shí)效溫度為150C，即所測(cè)試的試樣為試樣2。從圖中可以看出，鋁合金斷口面包含著比較少的撕裂棱和較多的細(xì)小韌窩，所以鋁合金的斷裂方式為韌性斷裂。從而可以得到在該情況下，新型鋁合金的斷裂方式為韌性斷裂。

2.2顯微組織

本文所研究的試樣中，每一種試樣的時(shí)效工藝不樣，通過(guò)對(duì)不同的試樣檢查其平均晶粒尺寸，其檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，檢測(cè)的時(shí)效工藝對(duì)平均晶粒尺寸的影響。從圖中可以看出，時(shí)效時(shí)間設(shè)置為20h，當(dāng)時(shí)效溫度越來(lái)越高時(shí)，其平均晶粒尺寸大小的變化趨勢(shì)為先減小后增大。同樣，當(dāng)時(shí)效溫度設(shè)置到150C，當(dāng)時(shí)效時(shí)間不短增加時(shí)，試樣的平均晶粒尺大小的變化趨勢(shì)也是先減小后增大。另外，從圖4中可以看出，試樣的平均晶粒尺寸最小大致為，此時(shí)的時(shí)效時(shí)間為20h和時(shí)效溫度為150C時(shí)。

對(duì)平均晶粒尺寸最小的試樣使用顯微鏡進(jìn)行觀察，得到其顯微組織照片如圖5所示，從圖5中可以看出，其晶粒比較小，并且組織比較均勻。于是可以得到在時(shí)效時(shí)間設(shè)置到20h、時(shí)效溫度設(shè)置到150C時(shí)，網(wǎng)球鋁合金拍柄顯微組織比較好，應(yīng)用于網(wǎng)球中能夠具備較好的性能。