工藝參數(shù)對觸變成形Mg2Sip-AM60B復(fù)合材料組織和力學(xué)性能影響機(jī)制.pdf

1、本文采用觸變成形的方法制備了原位Mg2S ip/AM60B鎂基復(fù)合材料，拓寬了半固態(tài)加工領(lǐng)域的研究成果。對“工藝-組織-性能”之間的關(guān)系展開了深入的研究，揭示了模具溫度、壓頭下行速度、保壓壓力、加熱時(shí)間和加熱溫度等工藝參數(shù)對觸變成形復(fù)合材料組織和拉伸性能的影響規(guī)律。通過單因素實(shí)驗(yàn)的方法，確定出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)。通過與傳統(tǒng)的金屬型鑄造復(fù)合材料和觸變成形AM60B進(jìn)行對比研究，分別解釋了觸變成形工藝的優(yōu)勢和Mg2Si顆粒在拉伸過程中的強(qiáng)化機(jī)理。

2、對觸變成形復(fù)合材料的摩擦磨損性能進(jìn)行了研究，討論其在不同工況下的摩擦學(xué)行為，揭示其不同工況下的磨損機(jī)制。通過與金屬型鑄造復(fù)合材料與觸變成形AM60B進(jìn)行對比，研究了觸變成形復(fù)合材料的耐磨機(jī)理。
　　相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　1、經(jīng)過化學(xué)細(xì)化處理的原位Mg2Sip/AM60B在部分重熔過程中可以獲得理想的半固態(tài)組織，說明該復(fù)合材料可以使用觸變成形工藝進(jìn)行制備。該復(fù)合材料在部分重熔過程中的組織演變可以分為四個(gè)階段：快速粗化階段，

3、組織分離階段，球狀化階段和最終的粗化階段。復(fù)合材料與基體的組織演變階段基本類似。但是由于Mg2Si顆粒的存在，延緩了復(fù)合材料組織演變進(jìn)程。
　　2、最佳的觸變成形加工工藝參數(shù)為模具溫度300℃、壓頭下行速度60mm/s、保壓壓力192MPa、加熱時(shí)間60min、加熱溫度600℃。Mg2Si顆粒主要通過載荷傳遞機(jī)制對基體進(jìn)行強(qiáng)化，能有效的避免裂紋從基體中萌生。Mg2Si顆粒的主要失效形式為界面脫粘、顆粒斷裂和顆粒破碎。為了使Mg2S

4、i顆粒的強(qiáng)化效果能夠得以充分發(fā)揮，要通過調(diào)整觸變成形工藝參數(shù)，盡量避免Mg2Si顆粒的聚集，以及避免在Mg2Sip/基體界面處產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力集中。此外，基體拉伸性能差，裂紋過早的在基體的缺陷處萌生、擴(kuò)展，也使得Mg2Si顆粒的強(qiáng)化效果無法得以體現(xiàn)。
　　3、最優(yōu)參數(shù)下獲得的觸變成形復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為209MPa、11.9％，與傳統(tǒng)的金屬型鑄造復(fù)合材料相比分別提高了93%和138%。拉伸性能的提高歸因于縮松縮孔的減

5、少，固溶強(qiáng)化的提升，共晶β相的減少和加工硬化效果。與同一參數(shù)下的觸變成形AM60B相比，抗拉強(qiáng)度提高了36%，延伸率稍有下降?？估瓘?qiáng)度的提高來自于Mg2Si顆粒的強(qiáng)化效果。在高溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，觸變成形復(fù)合材料和AM60B性能的差異隨溫度的提高而減小，Mg2Si顆粒的強(qiáng)化作用隨著溫度的升高而降低。隨溫度的升高，兩種材料的抗拉強(qiáng)度都下降，延伸率上升。因?yàn)樵诟邷叵聦?shí)驗(yàn)，共晶β相軟化，位錯(cuò)運(yùn)動能力增強(qiáng)，非基面滑移和動態(tài)回復(fù)再結(jié)晶機(jī)制被激活。在

6、200℃不同的應(yīng)變速率下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，隨應(yīng)變速率升高，觸變成形復(fù)合材料的斷裂機(jī)制逐漸由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔选?br>　　4、觸變成形復(fù)合材料的磨損機(jī)制有氧化磨損、磨料磨損、粘著磨損、剝層磨損、熔融磨損等，各種磨損機(jī)制在不同的工況下起主導(dǎo)作用，他們并不是相互獨(dú)立的，而是交叉進(jìn)行。與觸變成形AM60B相比，復(fù)合材料由于Mg2Si顆粒的加入得以改善，顆粒能夠起到良好的支撐作用和避免疲勞裂紋在基體的萌生、擴(kuò)展。與金屬型鑄造復(fù)合材料相比，觸變成