原位自生Mg2Si-AZ91D復(fù)合材料組織與性能的研究.pdf

1、本文利用原位自生反應(yīng)制備了Mg2Si／AZ91D復(fù)合材料,研究了P、Sr、Ce復(fù)合變質(zhì),高能超聲以及熱處理對(duì)復(fù)合材料的組織及其力學(xué)性能的影響。通過(guò)光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能量散射光譜(EDS)、X射線衍射(XRD)等方法分析不同工藝制備的Mg2Si／AZ91D復(fù)合材料的顯微組織與相組成。
　　 直接向AZ91D合金熔體中加入SiO2(Si含量為熔體質(zhì)量的1.5wt.％)粉末后,制備的Mg2Si／AZ91D復(fù)合材料

2、的組織由Mg基體、不連續(xù)網(wǎng)狀的β-Mg17Al12相和漢字狀的Mg2Si相組成,Mg2Si相平均尺寸為10～30μm。添加P、Sr、Ce對(duì)Mg2Si相的形貌、尺寸有明顯的改善,當(dāng)添加0.05 wt.％P、0.1 wt.％Sr、0.3 wt.％Ce變質(zhì)處理后Mg2Si形貌全部變?yōu)槎噙呅螤?且在基體上彌散分布,平均尺寸約0.5～5μm。此時(shí)復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為212.7MPa和2.37％。
　　 對(duì)熔體施加高能超聲,研究

3、了不同的超聲處理工藝對(duì)Mg2Si／AZ91D復(fù)合材料組織與性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)超聲處理工藝為1.2kW,6min時(shí),Mg2Si相和β-Mg17Al12相最為細(xì)小,且分布均勻,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度σb和伸長(zhǎng)率δ分別達(dá)到了220.5MPa和2.6％,較未施加超聲處理的試樣提高了22.3％和38.9％。拉伸斷口上解理面變小,出現(xiàn)韌窩,復(fù)合材料的塑性得到提高。對(duì)變質(zhì)后的復(fù)合材料施加高能超聲,發(fā)現(xiàn)多邊形Mg2Si顆粒變得圓整,尺寸更細(xì)小,分散更

4、均勻。此時(shí),其抗拉強(qiáng)度σb和伸長(zhǎng)率δ分別為227.3MPa和2.82％。
　　 對(duì)Mg2Si／AZ91D復(fù)合材料進(jìn)行熱處理,研究了T4處理(420℃不同保溫時(shí)間的固溶處理)及T6處理(固溶+180℃12h的時(shí)效處理)對(duì)復(fù)合材料組織與性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):T4處理能顯著改善復(fù)合材料中MgeSi相的形貌與分布,隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),漢字狀的Mg2Si相逐漸熔斷、球化,在420℃,16h固溶處理時(shí),球化的Mg2Si相最為細(xì)小、彌散且分布

5、均勻；而β-Mg17Al12相溶入基體中,形成過(guò)飽和固溶體。固溶后的時(shí)效處理對(duì)Mg2Si相的形貌和分布基本上沒(méi)有影響,β-Mg17Al12相則重新析出。T4處理時(shí),在420℃保溫16h時(shí),抗拉強(qiáng)度σb和伸長(zhǎng)率δ達(dá)到最高,較未T4處理的復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別增加了14.5％和26.9％,復(fù)合材料的拉伸斷口為準(zhǔn)解理斷裂。T6處理后,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度σb達(dá)到216.7MPa,較未熱處理和T4處理分別提高了20.2％和5％；但是其伸長(zhǎng)率

6、δ為2.27％,較T4處理下降了10.9％,復(fù)合材料的斷裂機(jī)制主要為解理斷裂。固溶處理過(guò)程中在Mg2Si／Mg界面間的表面張力作用下,Mg2Si相不同曲率處的Si原子發(fā)生擴(kuò)散,使得Mg2Si相不斷熔斷、擴(kuò)散、析出,最終獲得球化的Mg2Si相。
　　 熱處理對(duì)變質(zhì)后的Mg2Si／AZ91D復(fù)合材料的Mg2Si相的形貌基本沒(méi)有影響,僅棱角邊緣處有鈍化現(xiàn)象；β-Mg17Al12相在固溶過(guò)程中先溶入基體中,在隨后的時(shí)效處理過(guò)程中呈球狀或