攪拌鑄造SiC顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料高溫變形行為研究.pdf

1、本文探索了 SiCp/AZ91鎂基復(fù)合材料的攪拌鑄造工藝，并對(duì)復(fù)合材料開展了高溫壓縮和熱擠壓變形行為研究。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等方法，研究了鑄態(tài)復(fù)合材料的顯微組織和界面結(jié)構(gòu)、高溫壓縮和熱擠壓變形過程中顆粒和基體顯微組織的演變規(guī)律，分析了復(fù)合材料在高溫壓縮變形的變形機(jī)制，采用原位拉伸技術(shù)研究了鑄態(tài)復(fù)合材料的斷裂機(jī)制，并采用中子衍射技術(shù)研究了復(fù)合材料擠壓織構(gòu)的演變規(guī)律，并對(duì)鑄態(tài)和擠壓態(tài)的復(fù)合材料的力學(xué)性能開展了研究。
　

2、　鎂基復(fù)合材料不宜采用液態(tài)攪拌鑄造工藝，但是特別適合半固態(tài)攪拌鑄造工藝；采用半固態(tài)渦流攪拌鑄造工藝可以制備尺寸細(xì)小的顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，且所制備的復(fù)合材料顆粒分布均勻和空隙率較小。顯微組織研究表明 SiCp在基體晶界附近偏聚，呈“項(xiàng)鏈狀”顆粒分布，這是攪拌鑄造復(fù)合材料一種典型特征。SiCp在 AZ91合金熔體中穩(wěn)定性較好，沒有發(fā)生界面反應(yīng)。隨著顆粒尺寸的減小和體積分?jǐn)?shù)的升高，鑄態(tài)復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度明顯升高。復(fù)合材料的彈性模量隨著體積分

3、數(shù)升高而升高，但是隨顆粒尺寸的變化不明顯。動(dòng)態(tài) SEM原位拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：“項(xiàng)鏈狀”顆粒分布導(dǎo)致微裂紋主要以界面脫粘機(jī)制在顆粒偏聚區(qū)內(nèi)形成，且裂紋擴(kuò)展傾向于經(jīng)過顆粒偏聚區(qū)域；“項(xiàng)鏈狀”顆粒分布及其所致的弱界面是攪拌鑄造復(fù)合材料的斷裂強(qiáng)度不高的主要原因，必須通過熱變形消除這種顆粒分布和改善界面結(jié)合。
　　采用帶有門檻應(yīng)力修正的冪指數(shù)方程計(jì)算得到復(fù)合材料的高溫壓縮變形真激活能為91 kJ/mol，應(yīng)力因子n=5，表明復(fù)合材料的高溫壓

4、縮變形的控制機(jī)制為晶界位錯(cuò)攀移機(jī)制。本文壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)和W.D. Nix等人建立的晶界位錯(cuò)攀移蠕變模型（slip band模型）吻合較好；通過顯微組織觀察證實(shí)SiCp及其“項(xiàng)鏈狀”分布使得本文復(fù)合材料的高溫壓縮變形條件更加符合slip band模型，并建立了適合本文復(fù)合材料的變形條件slip band模型。壓縮溫度和應(yīng)變速率對(duì)復(fù)合材料的基體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DRX)、位錯(cuò)和孿晶有重要影響。室溫壓縮表明在 SiCp附近位錯(cuò)塞積嚴(yán)重，所形成的顆粒

5、變形區(qū)是DRX的優(yōu)先形核部位；高溫壓縮變形時(shí)，DRX首先在有顆粒偏聚的鑄態(tài)晶粒的晶界區(qū)域發(fā)生，逐漸向原始晶粒內(nèi)部區(qū)域延伸；“項(xiàng)鏈狀”顆粒分布導(dǎo)致復(fù)合材料的DRX機(jī)制為“項(xiàng)鏈狀”再結(jié)晶機(jī)制。
　　熱擠壓能夠消除鑄態(tài)復(fù)合材料的顆粒偏聚和改善顆粒分布；擠壓溫度越高和擠壓比越大，越有利于改善顆粒分布。擠壓過程中SiCp可能發(fā)生斷裂，擠壓溫度越低，擠壓比越大，顆粒尺寸越大，顆粒越容易發(fā)生斷裂。而且顆粒斷裂對(duì)局部顆粒含量具有敏感性。SiCp能

6、夠促進(jìn) DRX形核，降低基體的DRX溫度。擠壓過程中，SiCp對(duì)晶粒長(zhǎng)大存在兩種作用：首先，SiCp能夠促進(jìn) DRX晶粒的長(zhǎng)大；但是當(dāng)晶粒長(zhǎng)大到與顆粒相接觸時(shí)顆粒又能夠阻礙DRX晶粒的長(zhǎng)大。
　　擠壓態(tài)復(fù)合材料中基體的織構(gòu)為(1010)纖維織構(gòu)。擠壓溫度越高和擠壓比越大，復(fù)合材料中基體的(1010)纖維織構(gòu)越強(qiáng)。SiCp的加入沒有改變基體的主要織構(gòu)組分，但是對(duì)基體織構(gòu)的強(qiáng)度有兩種影響：當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為5％，復(fù)合材料的織構(gòu)強(qiáng)度高于單一基

7、體合金的織構(gòu)；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，復(fù)合材料的基體織構(gòu)變得越來越弱。復(fù)合材料中基體織構(gòu)的強(qiáng)度不隨顆粒尺寸單調(diào)變化，而是在10μm時(shí)出現(xiàn)一個(gè)織構(gòu)強(qiáng)度的峰值。
　　熱擠壓顯著提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。在250-350℃溫度區(qū)間內(nèi)，復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度都隨著擠壓溫度的升高而升高；350R5擠壓的復(fù)合材料的力學(xué)性能比350R12擠壓的低，這與合金的力學(xué)性能隨擠壓溫度和擠壓比的變化規(guī)律相反。擠壓過程中基體的顯微組織和織構(gòu)的演化不是