Csf-AZ91D 復合材料高溫變形組織演變行為及其數值模擬.pdf

1、短切碳纖維增強鎂基復合材料（Csf/AZ91D）由于其質輕、力學性能優(yōu)異、良好的各向同性及可二次加工等特點而受到航空航天、汽車電子等工程領域的日益重視。然而相比傳統輕質合金，Csf/AZ91D復合材料在工程領域的應用仍受到限制。為了擴大其在輕量化結構中的應用，還需開發(fā)適當的二次加工工藝以實現其構件成形并改善其微觀組織及性能。由于鎂的密排六方晶體結構和增強相的加入， Csf/AZ91D復合材料在室溫下極難發(fā)生塑性變形。為此，本文研究了Cs

2、f/AZ91D復合材料高溫下的塑性變形行為，并著重研究了其高溫塑性變形過程中基體的微觀組織演變行為。
　　采用真空壓力浸滲法制備了體積分數20％的Csf/AZ91D鎂基復合材料?；谄涓邷厮苄宰冃瘟髯儜η€及顯微組織定量金相實驗結果，分析了變形溫度、應變速率及應變量對Csf/AZ91D復合材料流變應力和微觀組織演變行為的影響規(guī)律，通過與鎂合金AZ91D對比，揭示了碳纖維對Csf/AZ91D復合材料高溫塑性變形及基體動態(tài)再結晶行為

3、的影響機理，建立了Csf/AZ91D復合材料高溫變形動態(tài)再結晶本構模型，基于該本構模型對復合材料高溫變形中的基體組織演化行為進行了熱變形-組織演變耦合的有限元數值模擬，模擬結果與實驗結果吻合良好，為合理選擇Csf/AZ91D復合材料塑性成形參數和預測其顯微組織性能提供了理論依據。主要研究結論如下。
　　Csf/AZ91D復合材料高溫壓縮變形流變應力隨變形溫度提高而降低，隨應變速率增大而增大；相同變形溫度和應變速率條件下，復合材料流

4、變應力先隨應變增加而迅速增大至峰值，隨應變進一步增加流動應力顯著降低并趨近穩(wěn)態(tài)值；復合材料高溫流變應力曲線應變軟化程度明顯高于鎂合金。
　　Csf/AZ91D復合材料高溫壓縮變形過程中發(fā)生了明顯的動態(tài)再結晶，隨變形溫度的升高或應變速率的降低，發(fā)生動態(tài)再結晶所需的臨界應變值減小而動態(tài)再結晶平均晶粒尺寸增大；動態(tài)再結晶體積分數隨變形量增加呈現出快速增長-緩慢增長-趨于平穩(wěn)的非線性變化規(guī)律；短切碳纖維促進了復合材料基體合金的動態(tài)再結晶過

5、程，降低了其動態(tài)再結晶臨界應變并細化了其再結晶晶粒組織。
　　基于流變應力曲線和定量金相分析結果，建立了Csf/AZ91D復合材料高溫變形動態(tài)再結晶組織演變模型（包括動力學模型和平均晶粒尺寸預測模型），動態(tài)再結晶平均晶粒尺寸和體積分數的計算值與實驗結果吻合程度良好，為定量分析和預測復合材料高溫變形顯微組織結構提供了理論模型。
　　利用Fortran語言編寫了Csf/AZ91D復合材料動態(tài)再結晶組織演變計算程序，結合非線性有限