多次循環(huán)塑性變形制備鎂基復(fù)合材料組織及性能的研究.pdf

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