粉末觸變成形制備SiCp-2 024 Al基復(fù)合材料組織與性能的研究.pdf

1、本文結(jié)合粉末冶金（PM）和半固態(tài)觸變成形的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種集制備及成形陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料于一體的新方法，粉末觸變成形（PT）。對(duì)粉末壓塊在部分重熔過(guò)程中的組織演變過(guò)程和相變進(jìn)行了研究，從而澄清了壓實(shí)的粉末是如何演變成適合觸變成形的半固態(tài)錠料，即細(xì)小球狀的初生相顆粒均勻懸浮于液相中的錠料。研究了PT成形工藝參數(shù)（重熔溫度和時(shí)間、模具溫度、成形壓力）對(duì)10 vol.% SiCp增強(qiáng)的2024Al基復(fù)合材料組織和室溫力學(xué)性能的影響。而

2、且，對(duì)PT復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能和摩擦磨損性能進(jìn)行了研究。同時(shí)，為了體現(xiàn)復(fù)合材料和PT技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，也與粉末觸變成形2024（PT-2024）合金和金屬型鑄造2024（PMC-2024）合金進(jìn)行了對(duì)比研究。主要得到如下研究結(jié)論：
　　10 vol.% SiCp-2024混合粉末壓塊在635℃加熱30 min后，可獲得氣孔較少,細(xì)小圓整的初生相顆粒和增強(qiáng)相SiCp均勻懸浮于液相中的半固態(tài)組織。組織演變分為三個(gè)階段：初期2024Al粉末

3、內(nèi)晶粒的快速粗化，初生相顆粒邊緣連續(xù)液膜的形成，后期輕微的粗化。一個(gè)粉末演變成半固態(tài)組織中一個(gè)被液相包圍的初生相顆粒。
　　成形參數(shù)主要影響二次凝固行為（通過(guò)改變凝固速率）、初生相顆粒尺寸及成分、觸變過(guò)程中的塑性變形、共晶θ相含量、組織致密性、SiCp/Al界面、強(qiáng)化效果，進(jìn)而影響復(fù)合材料的斷裂行為和力學(xué)性能。SiCp體積分?jǐn)?shù)影響初生相顆粒尺寸和形狀、組織致密性和有效液相率，進(jìn)而也顯著影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　PT技術(shù)具

4、有制備高性能復(fù)合材料的巨大潛力。最佳成形工藝參數(shù)為重熔溫度625℃、重熔時(shí)間80 min、模具溫度350℃、成形壓力224 MPa、壓頭速率60 mm/s。最優(yōu)參數(shù)成形10 vol.% SiCp/2024Al基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度（UTS）為388 MPa，屈服強(qiáng)度（YS）為297 MPa，延伸率為3.8%。復(fù)合材料的UTS、YS和延伸率相比于PT-2024合金（UTS=300 MPa、YS=220 MPa、延伸率=10.4%），分別增加

5、了29.3%和35%和減少了63.5%。復(fù)合材料YS可被一個(gè)新的強(qiáng)化模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，此模型除了考慮載荷傳遞強(qiáng)化、熱錯(cuò)配強(qiáng)化、幾何位錯(cuò)強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化，還考慮了失效的S iC p。
　　溫度升高，PT復(fù)合材料和PT-2024合金的強(qiáng)度都降低了（PT-SiCp/2024Al基復(fù)合材料的YS由室溫時(shí)的297 MPa降到300℃的84 MPa，PT-2024合金由220 MPa降到56 MPa），但復(fù)合材料強(qiáng)度降低速率小于合金的，而且由于Si

6、Cp強(qiáng)化效果的影響，復(fù)合材料高溫強(qiáng)度始終高于合金的。升高溫度有益于增加材料的韌性。高SiCp體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料具有良好的高溫強(qiáng)度。復(fù)合材料室溫?cái)嗔褋?lái)自于SiCp斷裂和SiCp/Al界面脫粘，而高溫?cái)嗔阎饕腔w中孔洞形核和長(zhǎng)大及界面脫粘誘發(fā)。
　　復(fù)合材料摩擦磨損性能優(yōu)于PT-2024和PMC-2024合金。隨著載荷、滑動(dòng)速度的增加和SiCp體積分?jǐn)?shù)的減少，磨損機(jī)理由輕微的磨粒磨損等微磨損機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的粘著磨損和剝層磨損等劇烈磨損