SiCp-AZ91D鎂基復(fù)合材料時(shí)效行為研究.pdf

1、本文主要研究了SiC/AZ91D鎂基復(fù)合材料的時(shí)效行為。對(duì)鑄態(tài)、擠壓態(tài)的復(fù)合材料及合金進(jìn)行時(shí)效處理，分析了時(shí)效前后復(fù)合材料的的顯微組織與力學(xué)性能?？疾霺iC顆粒的加入對(duì)基體合金析出行為的影響規(guī)律及機(jī)制；研究析出相的大小、數(shù)量、形貌和分布對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。調(diào)控復(fù)合材料的力學(xué)性能獲得SiCp/AZ91D鎂基復(fù)合材料的最佳熱處理工藝。
　　鑄態(tài)SiC/AZ91D復(fù)合材料及AZ91D合金在175℃進(jìn)行時(shí)效處理后的室溫拉伸測(cè)試結(jié)果顯

2、示復(fù)合材料時(shí)效后抗拉強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在28h，而合金需要38h。表明鑄態(tài)SiCp/AZ91D復(fù)合材料峰時(shí)效時(shí)效提前于AZ91D鎂合金。透射電鏡觀察結(jié)果顯示 SiC顆粒的加入使得顆粒周圍產(chǎn)生高密度位錯(cuò)區(qū)，這些高密度位錯(cuò)不僅有利于析出相在此形核，同時(shí)作為溶質(zhì)元素?cái)U(kuò)散通道有利于析出相的長(zhǎng)大。因此，SiCp/AZ91D復(fù)合材料的時(shí)效過(guò)程在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上均得到加速。鑄態(tài)SiC/AZ91D復(fù)合材料中SiC顆粒沿晶界呈項(xiàng)鏈狀分布，這就導(dǎo)致界面析出區(qū)呈

3、現(xiàn)包裹顆粒的并沿晶界分布呈網(wǎng)狀分布狀態(tài)。對(duì)析出相Mg17Al12演變過(guò)程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：在時(shí)效初期，SiC顆粒交匯的密集區(qū)以及顆粒尖角處的高應(yīng)力區(qū)析出相Mg17Al12優(yōu)先析出；隨后，析出相以層片形式向晶粒內(nèi)部生長(zhǎng)；隨時(shí)間延長(zhǎng)層片狀析出相有球化的趨勢(shì)。這種析出相形貌變化的規(guī)律符合典型的非連續(xù)析出特點(diǎn)。時(shí)效中后期發(fā)現(xiàn)SiCp/AZ91D復(fù)合材料中遠(yuǎn)離顆粒的晶粒內(nèi)部存在納米級(jí)的晶內(nèi)連續(xù)析出存在。時(shí)效后期晶內(nèi)析出由顆粒狀長(zhǎng)大呈桿狀。且長(zhǎng)度方向達(dá)

4、到微米級(jí)。對(duì)峰時(shí)效復(fù)合材料力學(xué)性能研究表明：SiCp/AZ91D復(fù)合材料峰時(shí)效處理后屈服強(qiáng)度強(qiáng)度達(dá)158MPa較 T4態(tài)提高了40％，抗拉強(qiáng)度達(dá)231MPa較T4態(tài)提高41%；AZ91D合金峰時(shí)效后屈服強(qiáng)度達(dá)108MPa，提高了40%，抗拉強(qiáng)度達(dá)223Mpa較T4態(tài)提高44%。說(shuō)明復(fù)合材料與合金的時(shí)效強(qiáng)化效果相當(dāng)。
　　熱擠壓顯著細(xì)化基體合金晶粒，同時(shí)改善SiC顆粒分布。但是，熱擠壓過(guò)程伴隨有不均勻的第二相析出，直接對(duì)擠壓態(tài)復(fù)合材

5、料進(jìn)行 T5處理時(shí)非均勻的析出相長(zhǎng)大迅速，不利于復(fù)合材料力學(xué)性能的改善，時(shí)效效果不明顯。因此，采用T4+175℃時(shí)效處理研究峰時(shí)效熱處理工藝。熱擠壓處理后復(fù)合材料中SiC顆粒沿?cái)D壓方向呈條帶狀分布，因此，復(fù)合材料時(shí)效后的界面析出區(qū)也呈現(xiàn)條帶狀。通過(guò)對(duì)擠壓態(tài)SiCp/AZ91D復(fù)合材料中Mg17Al12析出相演變規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)：在時(shí)效初期，復(fù)合材料析出相優(yōu)先形核大SiC顆粒尖角及擠壓破碎的小顆粒的鏈狀分布帶附近；隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)顆粒周圍片狀

6、析出物不斷長(zhǎng)大；時(shí)效時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，復(fù)合材料的界面析出區(qū)不再長(zhǎng)大，晶內(nèi)析出開(kāi)始出現(xiàn)，并由顆粒狀逐漸長(zhǎng)大為條狀。
　　在175℃下時(shí)效處理32h左右，擠壓態(tài)SiCp/AZ91D復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值分別為320MPa和428MPa。而AZ91D合金的最大屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)在32h附近，分別為224MPa，360MPa。復(fù)合材料峰時(shí)效時(shí)間比合金提前12h。主要是由于SiC顆粒加入，在材料內(nèi)部引入了大量高能界面，同時(shí)顆