Csf-AZ91D 復(fù)合材料高溫變形組織演變行為及其數(shù)值模擬.pdf

1、短切碳纖維增強鎂基復(fù)合材料（Csf/AZ91D）由于其質(zhì)輕、力學(xué)性能優(yōu)異、良好的各向同性及可二次加工等特點而受到航空航天、汽車電子等工程領(lǐng)域的日益重視。然而相比傳統(tǒng)輕質(zhì)合金，Csf/AZ91D復(fù)合材料在工程領(lǐng)域的應(yīng)用仍受到限制。為了擴大其在輕量化結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，還需開發(fā)適當(dāng)?shù)亩渭庸すに囈詫崿F(xiàn)其構(gòu)件成形并改善其微觀組織及性能。由于鎂的密排六方晶體結(jié)構(gòu)和增強相的加入， Csf/AZ91D復(fù)合材料在室溫下極難發(fā)生塑性變形。為此，本文研究了Cs

2、f/AZ91D復(fù)合材料高溫下的塑性變形行為，并著重研究了其高溫塑性變形過程中基體的微觀組織演變行為。
　　采用真空壓力浸滲法制備了體積分?jǐn)?shù)20％的Csf/AZ91D鎂基復(fù)合材料。基于其高溫塑性變形流變應(yīng)力曲線及顯微組織定量金相實驗結(jié)果，分析了變形溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變量對Csf/AZ91D復(fù)合材料流變應(yīng)力和微觀組織演變行為的影響規(guī)律，通過與鎂合金AZ91D對比，揭示了碳纖維對Csf/AZ91D復(fù)合材料高溫塑性變形及基體動態(tài)再結(jié)晶行為

3、的影響機理，建立了Csf/AZ91D復(fù)合材料高溫變形動態(tài)再結(jié)晶本構(gòu)模型，基于該本構(gòu)模型對復(fù)合材料高溫變形中的基體組織演化行為進行了熱變形-組織演變耦合的有限元數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好，為合理選擇Csf/AZ91D復(fù)合材料塑性成形參數(shù)和預(yù)測其顯微組織性能提供了理論依據(jù)。主要研究結(jié)論如下。
　　Csf/AZ91D復(fù)合材料高溫壓縮變形流變應(yīng)力隨變形溫度提高而降低，隨應(yīng)變速率增大而增大；相同變形溫度和應(yīng)變速率條件下，復(fù)合材料流

4、變應(yīng)力先隨應(yīng)變增加而迅速增大至峰值，隨應(yīng)變進一步增加流動應(yīng)力顯著降低并趨近穩(wěn)態(tài)值；復(fù)合材料高溫流變應(yīng)力曲線應(yīng)變軟化程度明顯高于鎂合金。
　　Csf/AZ91D復(fù)合材料高溫壓縮變形過程中發(fā)生了明顯的動態(tài)再結(jié)晶，隨變形溫度的升高或應(yīng)變速率的降低，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶所需的臨界應(yīng)變值減小而動態(tài)再結(jié)晶平均晶粒尺寸增大；動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)隨變形量增加呈現(xiàn)出快速增長-緩慢增長-趨于平穩(wěn)的非線性變化規(guī)律；短切碳纖維促進了復(fù)合材料基體合金的動態(tài)再結(jié)晶過

5、程，降低了其動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變并細化了其再結(jié)晶晶粒組織。
　　基于流變應(yīng)力曲線和定量金相分析結(jié)果，建立了Csf/AZ91D復(fù)合材料高溫變形動態(tài)再結(jié)晶組織演變模型（包括動力學(xué)模型和平均晶粒尺寸預(yù)測模型），動態(tài)再結(jié)晶平均晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的計算值與實驗結(jié)果吻合程度良好，為定量分析和預(yù)測復(fù)合材料高溫變形顯微組織結(jié)構(gòu)提供了理論模型。
　　利用Fortran語言編寫了Csf/AZ91D復(fù)合材料動態(tài)再結(jié)晶組織演變計算程序，結(jié)合非線性有限