TC4p-AZ91鎂基復(fù)合材料的制備與組織性能研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)制備工藝參數(shù)的探索，成功制備了15μm、35μm不同體積分?jǐn)?shù)（10％、15%和20%）TC4p/AZ91鎂基復(fù)合材料，并研究了TC4p尺寸、體積分?jǐn)?shù)和形狀對(duì)復(fù)合材料組織及性能的影響，分析了TC4p與AZ91基體之間的界面形態(tài)，進(jìn)而揭示了TC4p/AZ91復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制，并系統(tǒng)研究了熱擠壓變形對(duì)復(fù)合材料中TC4p的影響以及增強(qiáng)相參數(shù)（顆粒尺寸、體積分?jǐn)?shù)和顆粒形狀）對(duì)擠壓態(tài)復(fù)合材料顯微組織、織構(gòu)和力學(xué)性能的影響，還研究了界面調(diào)

2、控對(duì)TC4p增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料組織及性能的影響，進(jìn)一步揭示界面反應(yīng)生成的Al-Ti中間相對(duì)復(fù)合材料的作用。
　　研究結(jié)果表明，復(fù)合材料中的TC4p沒(méi)有發(fā)生明顯的顆粒沉降現(xiàn)象，并且均勻分布于基體中。與AZ91合金相比，TC4p/AZ91復(fù)合材料的晶粒得到了明顯細(xì)化，且力學(xué)性能得到了大幅度的提升。當(dāng)TC4p體積分?jǐn)?shù)逐漸增加時(shí)，復(fù)合材料的晶粒越來(lái)越細(xì)小，其強(qiáng)度和剛度均隨之顯著提高，而延伸率下降不大。隨著TC4p尺寸的減小，復(fù)合材料的晶粒細(xì)

3、化越顯著，其強(qiáng)度和延伸率也得到進(jìn)一步的提高。對(duì)于球形TC4p/AZ91復(fù)合材料，由于在球形TC4p與基體之間的界面處存在著大量的界面反應(yīng)，粗大的顆粒狀反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)致了力學(xué)性能的惡化。
　　與鑄態(tài)TC4p/AZ91復(fù)合材料相比，經(jīng)過(guò)熱擠壓變形后，復(fù)合材料中的TC4p分布得到明顯改善，TC4p偏聚區(qū)明顯減少或消失；另外，TC4p沿著擠壓方向定向排布，從而消除了鑄態(tài)復(fù)合材料中部分顆粒呈現(xiàn)的項(xiàng)鏈狀分布狀態(tài)，使復(fù)合材料的微觀組織更加均勻；當(dāng)T

4、C4p的加入量過(guò)多時(shí)，在擠壓態(tài)復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)了部分顆粒發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。熱擠壓變形后，在合金和復(fù)合材料中DRX已經(jīng)基本完成，因此，晶粒得到了顯著細(xì)化；復(fù)合材料的DRX晶粒均比合金的DRX晶粒小，且隨著TC4p體積分?jǐn)?shù)的增加，擠壓態(tài)復(fù)合材料的晶粒先減小后增大；另外，隨著TC4p尺寸的減小，復(fù)合材料的晶粒得到進(jìn)一步減小；對(duì)于球形TC4p/AZ91復(fù)合材料，其顯微組織中出現(xiàn)了少量未再結(jié)晶區(qū)，而晶粒尺寸與無(wú)規(guī)則TC4p/AZ91復(fù)合材料相差不大。

5、與鑄態(tài)AZ91合金及TC4p/AZ91復(fù)合材料相比，經(jīng)熱擠壓后其強(qiáng)度和剛度均有大幅度提高；當(dāng)TC4p含量逐漸增加時(shí)，擠壓態(tài)復(fù)合材料的強(qiáng)度呈現(xiàn)先提高后降低的變化趨勢(shì)，這是當(dāng)顆粒含量過(guò)多時(shí)基體中顆粒發(fā)生斷裂導(dǎo)致的；另外，當(dāng)TC4p尺寸減小時(shí)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和延伸率也有明顯提高。擠壓態(tài)合金和復(fù)合材料都表現(xiàn)為典型的基面織構(gòu)，即(0002)基面平行于擠壓方向，而(10-10)柱面垂直于擠壓方向，說(shuō)明TC4p并沒(méi)有改變復(fù)合材料中基體合金的織構(gòu)類

6、型；但是，TC4p的加入弱化了復(fù)合材料的織構(gòu)強(qiáng)度，且隨著TC4p體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的(0002)基面和(10-10)柱面織構(gòu)強(qiáng)度隨之逐漸降低，另外，TC4p尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致對(duì)復(fù)合材料織構(gòu)強(qiáng)度的弱化作用更嚴(yán)重，而球形TC4p對(duì)織構(gòu)強(qiáng)度的弱化作用較小。
　　TC4p與AZ91之間主要存在三種界面結(jié)構(gòu)：一種是光滑平整的界面；另一種是界面處出現(xiàn)的納米級(jí)MgO；第三種為界面處析出的Al-Ti中間相。其中，Al-Ti中間相包括：細(xì)小的棒

7、狀A(yù)l3Ti、粗大的顆粒狀A(yù)l2Ti和在TC4p內(nèi)部生長(zhǎng)的AlTi3。界面處的棒狀A(yù)l3Ti較為常見，而界面處的顆粒狀A(yù)l2Ti和TC4p內(nèi)部的樹枝狀A(yù)lTi3的析出量很少。TC4p/AZ91復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制除了熱錯(cuò)配強(qiáng)化機(jī)制、細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制和載荷傳遞作用之外，還存在界面處形成的納米級(jí)第二相的Orowan強(qiáng)化機(jī)制，正是由于忽略了Orowan強(qiáng)化作用對(duì)復(fù)合材料屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)△σOrowan，才導(dǎo)致△σ0.2實(shí)驗(yàn)值與理論值的差別較大。當(dāng)基體