原位納米ZrB2-6X82Al復(fù)合材料的累積疊軋加工及其高溫塑變性能的研究.pdf

1、本文設(shè)計(jì)開發(fā)6X82Al-K2ZrF6-KBF4新型復(fù)合材料體系，并結(jié)合電磁攪拌技術(shù)，成功制備了原位納米ZrB2/6X82Al復(fù)合材料。然后，在300oC下對(duì)制備的復(fù)合材料進(jìn)行累積疊軋(ARB)大塑性變形，借助OM、XRD、SEM、EDS等手段對(duì)復(fù)合材料ARB前后以及不同道次的納米增強(qiáng)體顆粒大小、形狀、分布；析出相大小、形狀、分布；復(fù)合材料晶粒的大小、形貌變化進(jìn)行研究，并探討了ARB加工過(guò)程中的晶粒細(xì)化機(jī)制以及不同熱處理狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料在

2、累積疊軋加工過(guò)程的組織形貌的影響。測(cè)試了不同熱處理狀態(tài)下ARB前后以及不同道次的復(fù)合材料的力學(xué)性能，探究了ARB加工態(tài)復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理，并對(duì)ARB加工獲得的復(fù)合材料進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)以研究其高溫塑變性能及其高溫塑變機(jī)制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴復(fù)合材料的原位合成工藝研究表明：當(dāng)混合鹽K2ZrF6與KBF4的質(zhì)量比為52:48，熔體溫度1123K，反應(yīng)時(shí)間為30min，并施加間歇式螺旋磁場(chǎng)攪拌，可獲得ZrB2/6X82Al復(fù)合材

3、料，其中ZrB2顆粒多為六邊形或者四邊形，尺寸為30-100nm，以局部團(tuán)簇的方式分布在基體中，并一定程度的細(xì)化了復(fù)合材料基體的晶粒。⑵ARB試驗(yàn)結(jié)果表明：復(fù)合材料通過(guò)ARB加工后，納米增強(qiáng)相隨著疊軋道次的提高在基體中的均勻性被逐漸大幅度提高，析出相也逐漸細(xì)化至納米尺度，復(fù)合材料晶粒尺度得到充分的細(xì)化，隨著軋制道次細(xì)化程度越來(lái)越高，疊軋9道次后達(dá)到最大，復(fù)合材料的晶粒平均尺寸約為380nm，均勻等軸分布。固溶時(shí)效后再進(jìn)行ARB處理的SA

4、R(固溶-時(shí)效-軋制)態(tài)復(fù)合材料相比于僅進(jìn)行固溶后ARB處理的SRA(固溶-軋制-時(shí)效)態(tài)復(fù)合材料，SAR態(tài)復(fù)合材料在相同ARB道次下，納米顆粒分布的更均勻，納米顆粒團(tuán)簇更少；其中析出相尺寸更細(xì)小，分散的更均勻，達(dá)到納米尺度的析出相更多。⑶力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：ARB加工后的復(fù)合材料強(qiáng)度隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高而提高，并分別隨著道次的提高而繼續(xù)增高，同時(shí)其塑性也得到大幅度增強(qiáng)，固溶時(shí)效后再進(jìn)行累積疊軋是最佳工藝，獲得了高強(qiáng)韌性能鋁基復(fù)合材料。當(dāng)

5、增強(qiáng)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt.％時(shí)，累積疊軋9道次之后，無(wú)論是塑性還是強(qiáng)度都得到大幅度提升，強(qiáng)度為310Mpa，伸長(zhǎng)率達(dá)到15.8%，分別較基體提高了138.5%和66.3%。復(fù)合材料強(qiáng)韌性的大幅度提高，是由于納米ZrB2顆粒的均勻分布，析出相的細(xì)化，晶粒細(xì)化，缺陷消除組織均勻共同作用的結(jié)果。⑷高溫拉伸試驗(yàn)表明：ARB加工后復(fù)合材料高溫塑變性能發(fā)生很大的變化，與常溫下的力學(xué)性能有很大的區(qū)別。ARB加工后的復(fù)合材料在高溫下還具有一定的高溫強(qiáng)度

6、，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt.%，累積疊軋道次為9道次，復(fù)合材料獲得最佳的高溫塑變性能，最大高溫伸長(zhǎng)率為140%。隨著變形溫度、應(yīng)變速率的提高，復(fù)合材料伸長(zhǎng)率都表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，過(guò)低的應(yīng)變速率以及過(guò)高的變形溫度造成高溫塑性的下降，最佳高溫塑性變形參數(shù)為：變形溫度600K，應(yīng)變速率5×10-3s-1。⑸復(fù)合材料的高溫塑性變形機(jī)理分析表明：在高溫拉伸過(guò)程中，晶粒內(nèi)部強(qiáng)度超過(guò)晶界強(qiáng)度，晶界受到外力更容易發(fā)生滑動(dòng)與偏轉(zhuǎn)，同時(shí)塑變過(guò)程中的動(dòng)態(tài)回復(fù)