熱變形SiCp-AZ91鎂基復(fù)合材料的顯微組織與力學(xué)性能.pdf

1、針對(duì)航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧陷p質(zhì)、高比強(qiáng)度和高比模量等性能的需求，本文設(shè)計(jì)并制備了微米、亞微米和(亞微米+微米)雙尺寸SiCp/AZ91三種材料體系鎂基復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了兩步熱變形。系統(tǒng)研究了顆粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)對(duì)熱變形鎂基復(fù)合材料顯微組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，探討了相關(guān)影響機(jī)制。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡研究了熱變形復(fù)合材料的顯微組織及其演變規(guī)律，揭示了顆粒尺寸對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響機(jī)制。結(jié)合顯微組織分析結(jié)果，研究了三種體系復(fù)合

2、材料的力學(xué)性能，揭示了三種體系復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理及室溫拉伸機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明，兩步熱變形有利于細(xì)化基體晶粒尺寸，改善顆粒分布，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。對(duì)于微米SiCp/AZ91復(fù)合材料，熱變形過程中，能夠在顆粒周圍形成含有高位錯(cuò)密度的畸變區(qū)，即 PDZ，從而有利于促進(jìn) DRX形核，細(xì)化基體晶粒尺寸。隨微米SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加，PDZ增多，DRX形核率增大，基體晶粒尺寸減小，復(fù)合材料的強(qiáng)度增大。微米SiCp/AZ91復(fù)合材料

3、的增強(qiáng)機(jī)制為：位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制、細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制和載荷傳遞作用，其中，細(xì)晶強(qiáng)化起主要作用。室溫拉伸變形過程中，位錯(cuò)在微米 SiCp附近塞積，導(dǎo)致顆粒附近位錯(cuò)密度升高，利于復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度的提高。隨微米 SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加，顆粒強(qiáng)化效果增強(qiáng)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度增大。微米顆粒尺寸減小，則PDZ減小，對(duì)DRX晶粒的細(xì)化作用減弱，但由于，一方面顆粒表面缺陷減少，同基體界面結(jié)合強(qiáng)度提高，另一方面位錯(cuò)強(qiáng)化效果突出，故有利于復(fù)合材料強(qiáng)度的提高。
　

4、　對(duì)亞微米SiCp/AZ91復(fù)合材料研究表明，熱變形過程中，一方面，由于亞微米SiCp同基體變形不匹配而能夠在顆粒周圍產(chǎn)生位錯(cuò)；另一方面亞微米SiCp可通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使位錯(cuò)在顆粒周圍塞積。兩方面的共同作用導(dǎo)致亞微米SiCp周圍位錯(cuò)密度增大，有利于促進(jìn)DRX形核。同時(shí)，又由于亞微米SiCp對(duì)晶界的釘扎作用，導(dǎo)致熱變形過程中DRX晶粒不易長大，故熱變形完成后復(fù)合材料晶粒較小。同微米SiCp/AZ91復(fù)合材料相比，亞微米SiCp/AZ91復(fù)

5、合材料的增強(qiáng)機(jī)制還有 Orowan強(qiáng)化機(jī)制，其中，位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大。亞微米SiCp的體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)(＜2％)，顆粒分布比較均勻，增強(qiáng)效果較顯著，力學(xué)性能較高。但當(dāng)體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)(＞2%)，則由于顆粒團(tuán)聚區(qū)的存在而弱化了顆粒增強(qiáng)效果，力學(xué)性能降低。微米和亞微米 SiCp的加入都不能改變AZ91基體的織構(gòu)類型，但使織構(gòu)強(qiáng)度弱化，并且隨SiCp體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的織構(gòu)強(qiáng)度降低。
　　(亞微米+微米)雙尺寸 SiCp

6、的增強(qiáng)效果優(yōu)于單一尺寸 SiCp，并且亞微米與微米SiCp體積比為1:9時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能最高。雙尺寸SiCp/AZ91復(fù)合材料在熱變形的過程中，亞微米和微米SiCp促進(jìn)DRX形核的作用能同時(shí)發(fā)揮，顯著提高DRX形核率。同亞微米SiCp相比，微米SiCp通過PDZ促進(jìn)DRX形核的作用較強(qiáng)，對(duì)DRX晶粒尺寸的細(xì)化作用更明顯。亞微米和微米SiCp都同AZ91基體界面結(jié)合較好，并發(fā)現(xiàn)一些亞微米SiCp與基體存在特定的晶體學(xué)位向關(guān)系。室溫變