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1、金屬間化合物Mg2Si具有高熔點(diǎn)(1085℃),低密度(1.99×103kgm-3),高彈性模量(120GPa),高壓縮強(qiáng)度(1640MPa),低膨脹系數(shù)(7.5×10-6K-1),作為增強(qiáng)相廣泛的應(yīng)用于高性能鎂合金的研究中。本文采用多次循環(huán)塑性變形方法制備了原位自生Mg2Si增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。原位自生的Mg2Si增強(qiáng)相具有顆粒細(xì)小,表面潔凈,與基體界面結(jié)合強(qiáng)度高等特點(diǎn)。采用金相顯微鏡、SEM(掃描電鏡)、XRD(X射線衍射)、EDS(
2、能譜分析)和DSC(熱分析儀)等檢測(cè)分析手段,對(duì)復(fù)合材料的組織和性能以及斷口形貌進(jìn)行了分析,并討論了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理。
多次循環(huán)塑性變形技術(shù)從兩方面對(duì)復(fù)合材料起到了強(qiáng)化作用:第一,多次循環(huán)塑性變形可有效的細(xì)化及均勻分散增強(qiáng)相Mg2Si,而且塑性變形次數(shù)越多,效果越好;第二,多次循環(huán)塑性變形可細(xì)化復(fù)合材料基體晶粒尺寸,隨著塑性變形次數(shù)的增加,基體合金的晶粒尺寸明顯減小,當(dāng)塑性變形次數(shù)為200次時(shí),晶粒最細(xì)小,其平均晶粒尺寸
3、為1.8μm,較未經(jīng)多次循環(huán)塑性變形的樣品減小了81.6%,之后隨著多次循環(huán)塑性變形次數(shù)的增加,晶粒有長(zhǎng)大的趨勢(shì)。通過對(duì)不同Mg2Si含量的復(fù)合材料組織的觀察發(fā)現(xiàn),Mg2Si含量較高時(shí),為使其細(xì)化及均勻分散需要配合的塑性變形次數(shù)也較多。最終結(jié)果為:當(dāng)塑性變形次數(shù)為200次,Mg2Si含量為8.1wt%時(shí),力學(xué)性能最佳,抗拉強(qiáng)度為394MPa,屈服強(qiáng)度為363MPa,延伸率為5.5%復(fù)合材料的晶粒尺寸變化主要是塑性變形過程的晶粒細(xì)化、擠壓
4、時(shí)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶相互作用的結(jié)果,塑性變形過程中晶粒細(xì)化主要是由于在變形過程中形成的位錯(cuò)胞轉(zhuǎn)化成小角度晶界,之后,小角度晶界演變?yōu)榇蠼嵌染Ы纾瑥亩_(dá)到細(xì)化晶粒的作用。通過TEM及HREM對(duì)Mg2Si形貌的觀察分析,發(fā)現(xiàn)固相原位自生的Mg2Si顆粒由幾個(gè)不同位相的晶粒組成,晶界清晰可見,即得出Mg+Si=Mg2Si的反應(yīng)機(jī)制為形核長(zhǎng)大,與熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果相一致。還發(fā)現(xiàn)Mg2Si和Mg之間界面結(jié)合良好,沒有其他的反應(yīng)產(chǎn)物。通過HREM分析得出了界
5、面處二維點(diǎn)陣投影像,通過計(jì)算及標(biāo)定揭示了原位合成的Mg2Si顆粒與鎂基體之間為共格的關(guān)系,其晶體學(xué)取向關(guān)系為(220)M。2Si//(1011)M。[001]M。2Si//[0111]Mg。
Mg2Si/Mg-5Zn-2.5Er復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要包括以下幾個(gè)方面:第一,多次循環(huán)塑性變形及熱擠壓引起的晶粒細(xì)化,可提高材料的強(qiáng)度及延伸率;第二,第二相的強(qiáng)化,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面,首先是界面強(qiáng)化,其次是第二相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作
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