原位Al3Ti-2024Al復(fù)合材料超聲輔助擠壓鑄造及強(qiáng)化機(jī)制研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料性能優(yōu)異，制備成本和加工成本都較低，是金屬基復(fù)合材料研究發(fā)展的主要方向之一。原位合成解決了增強(qiáng)體與基體的潤濕性問題，二者界面結(jié)合良好，有助于獲得更好的機(jī)械性能，但原位制備的工藝過程較難掌握。本課題在此背景下，開展了原位鑄造法制備Al3Ti顆粒增強(qiáng)2024Al復(fù)合材料的相關(guān)研究，具體研究內(nèi)容包括超聲鑄造法制備原位Al3Ti/2024Al復(fù)合材料，擠壓鑄造對Al3Ti/2024Al復(fù)合材料組織及性能的影響，Al3Ti/2

2、024Al復(fù)合材料熱處理工藝研究，以及Al3Ti/2024Al復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制討論。
　　本研究采用超聲輔助在2024Al熔體內(nèi)部原位合成Al3Ti增強(qiáng)顆粒，借助先進(jìn)材料分析測試技術(shù)完成物相確定和復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)觀察；采用擠壓鑄造和熱處理工藝改善了復(fù)合材料的宏觀和微觀組織，實(shí)現(xiàn)材料性能的提升；通過對Al3Ti顆粒增強(qiáng)機(jī)制的研究討論，明確了影響復(fù)合材料力學(xué)性能的主要因素及作用效果；討論對比了現(xiàn)有模型對原位Al3Ti/2024Al復(fù)合

3、材料性能的預(yù)測情況，并結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象提出修正的理論預(yù)測模型。主要研究結(jié)果及結(jié)論如下：
　　采用平均粒徑20μm的Ti粉原位生成的Al3Ti顆粒大部分介于4-6μm。Al3Ti顆粒主要分布在α-Al晶粒內(nèi)部。Ti粉尺寸過大可能導(dǎo)致反應(yīng)不完全或Al3Ti顆粒團(tuán)聚，Ti粉過細(xì)(10μm)并不能得到更為細(xì)小的Al3Ti。復(fù)合材料的拉伸屈服強(qiáng)度、硬度和高溫壓縮性能都得到提高。
　　擠壓鑄造壓力不足時無法保證復(fù)合材料的致密度，壓力過大會使

4、基體中的共晶組織由連續(xù)網(wǎng)狀變?yōu)榉沁B續(xù)狀，固定壓力(150MPa)下增加Al3Ti含量會產(chǎn)生相同結(jié)果，這與鑄態(tài)組織的非平衡凝固有關(guān)。
　　Al3Ti的存在改變了復(fù)合材料的時效敏感性，Al3Ti含量越高，達(dá)到峰時效所需的時間越短，同時復(fù)合材料的峰值硬度越高。擠壓鑄造得到的Al3Ti/2024Al復(fù)合材料經(jīng)固溶時效熱處理，峰時效狀態(tài)下的室溫力學(xué)性能得到明顯提高。材料塑性變形能力隨著Al3Ti含量的增加而降低。
　　Al3Ti顆粒在