降溫兩步循環(huán)閉式模鍛制備納米SiC顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料.pdf

1、鎂合金因其輕質(zhì)的特點(diǎn)而具有廣闊的應(yīng)用前景，但較低的室溫強(qiáng)塑性大大限制了鎂合金的使用和發(fā)展。一般而言，顆粒增強(qiáng)和細(xì)晶強(qiáng)化是提高鎂合金力學(xué)性能的兩種有效方法。本文將這兩種思路結(jié)合，用降溫兩步循環(huán)閉式模鍛工藝加工了納米 SiC顆粒（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、0.5%、1.5%）增強(qiáng)復(fù)合材料，通過有限元模擬、顯微組織分析、性能表征等方法，研究了加工溫度、加工道次、納米SiC添加量、固溶處理等因素對循環(huán)閉式模鍛復(fù)合材料組織和性能的影響，并分析了大塑性變形在納

2、米顆粒分散過程中起到的作用。
　　有限元模擬結(jié)果表明，循環(huán)閉式模鍛是一種較穩(wěn)定的加工方法，多道次的循環(huán)閉式模鍛能夠使材料整體應(yīng)變均勻提高，預(yù)期能夠獲得組織均勻的塊體材料。
　　加工溫度是影響循環(huán)閉式模鍛材料組織性能的首要因素，較高的溫度能夠均勻組織并提高材料的塑性，而較低的溫度可以顯著細(xì)化晶粒并強(qiáng)化材料，此外，加工溫度還影響著β相的形態(tài)。鑄態(tài)材料直接進(jìn)行400℃循環(huán)閉式模鍛3道次后，材料的平均晶粒尺寸降低到22~26μm，β

3、相溶解；再經(jīng)過后續(xù)300℃循環(huán)閉式模鍛2道次，材料的晶粒被強(qiáng)烈細(xì)化至2.5μm，β相再次以顆粒形態(tài)析出于細(xì)晶晶界。
　　納米 SiC顆粒的加入對循環(huán)閉式模鍛復(fù)合材料的影響主要體現(xiàn)在：（1）通過Orowan等強(qiáng)化機(jī)制提高材料的屈服強(qiáng)度；（2）對低溫加工析出β相有一定促進(jìn)作用；（3）通過釘扎作用阻礙晶粒長大。循環(huán)閉式模鍛過程中，鑄態(tài)材料中的SiC團(tuán)聚被消除，納米SiC顆粒得以均勻彌散。
　　經(jīng)降溫兩步循環(huán)閉式模鍛后，復(fù)合材料整體

4、硬度均勻，力學(xué)性能明顯提高。其中，AZ91-0.5%SiC復(fù)合材料屈服強(qiáng)度達(dá)到242 MPa（較鑄態(tài)提高105%），抗拉強(qiáng)度達(dá)366 MPa（較鑄態(tài)提高77%），延伸率約8%（較鑄態(tài)提高104%）。
　　加工前固溶處理對300℃循環(huán)閉式模鍛后復(fù)合材料的組織有顯著的影響。一方面，材料的晶粒細(xì)化水平不如鑄態(tài)直接加工后的材料，經(jīng)300℃循環(huán)閉式模鍛6道次后晶粒尺寸僅細(xì)化至6.8μm；另一方面，材料在300℃加工1道次后產(chǎn)生片層狀不連續(xù)析