2024Sc鋁合金及其短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組織及性能研究.pdf

1、本文以含鈧2024合金為基礎(chǔ)，采用熔配法制備2024Sc合金和2mm和3mm的2％wt.短碳纖維增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡技術(shù)分析了材料微觀組織和斷口形貌，采用EDS能譜分析技術(shù)進(jìn)行了物相分析。材料的密度、致密性分別利用阿基米德原理、油浸試驗(yàn)進(jìn)行了分析，并與理論密度進(jìn)行了對(duì)比；采用拉伸試驗(yàn)、加載-卸載試驗(yàn)測(cè)量了三種材料在不同時(shí)效狀態(tài)下的常規(guī)力學(xué)性能和微屈服性能，并采用開(kāi)口圓環(huán)開(kāi)口變化對(duì)比分析了材料的尺寸

2、穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)：
　?。?）2024Sc鋁合金及其2mm和3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鑄態(tài)組織均由深灰色α-Al基體及α-Al基體晶界及碳纖維周圍網(wǎng)狀分布的白色的含Cu、Mg元素及少量Sc、Zr、Mn、O等元素的Al2CuMg、Al2Cu、Al3（Sc，Zr）組成。材料經(jīng)擠壓后，晶粒被拉長(zhǎng)，白色第二相沿著晶粒呈不連續(xù)分布，碳纖維由鑄態(tài)的無(wú)規(guī)則分布趨于平行于擠壓方向分布。
　　（2）含鈧2024鋁及其2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)

3、復(fù)合材料鑄態(tài)均具有較高的孔隙率、吸油率，經(jīng)擠壓后，密度、致密性提升，孔隙率分別降低了57.2%、50.6%、66.3%；碳纖維加入后，材料密度降低，孔隙率、吸油率增大，致密性下降，且相比于3mmCf增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料，2mmCf增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料孔隙率、吸油率更高，致密性較低。
　?。?）對(duì)三種材料進(jìn)行500℃/4h固溶、130℃/3h+200℃/（5h，10h，15h）時(shí)效處理研究發(fā)現(xiàn)：隨著時(shí)效的進(jìn)行，202

4、4Sc鋁合金及其2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量均先增大后減小，延伸率先減小后增大；相較于基體合金，碳纖維加入后，復(fù)合材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率均有所下降，彈性模量增大。但是，在拉伸過(guò)程中，碳纖維存在斷裂、拔出等現(xiàn)象，導(dǎo)致材料提前失效斷裂。相比于2mm短碳纖維增強(qiáng)2024Sc復(fù)合材料，3mm短碳纖維增強(qiáng)2024Sc鋁合金具有更高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量，分別達(dá)到了315MPa、465MPa、82.

5、3GPa，分別較2mm短碳纖維增強(qiáng)2024Sc鋁合金提高了5.9%，1.8%，3.3%。
　?。?）含鈧2024鋁及其2mm/3mm短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料微屈服強(qiáng)度隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后降低，在峰值時(shí)效時(shí)材料具有最高的微屈服強(qiáng)度，分別達(dá)到294.5MPa、256MPa、276MPa。微屈服階段的加工硬化率先增大后減小，均遠(yuǎn)高于宏觀屈服初期的加工硬化率。加入碳纖維后，由于材料內(nèi)部缺陷增加，材料的微屈服強(qiáng)度降低。相比于2mm短碳纖維

6、，3mm短碳纖維增強(qiáng)含鈧2024鋁基復(fù)合材料微屈服強(qiáng)度提高了7.8%。
　?。?）2024Sc鋁合金及短碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓環(huán)經(jīng)495℃/4h固溶，130℃/3h預(yù)時(shí)效，200℃進(jìn)行10h峰時(shí)效處理后，2024Sc合金的圓環(huán)開(kāi)口后具有最大的瞬時(shí)開(kāi)口尺寸變化，加入碳纖維后圓環(huán)開(kāi)口尺寸明顯下降，特別是添加2mm長(zhǎng)度的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有最小的瞬時(shí)開(kāi)口變化尺寸。三種材料圓環(huán)開(kāi)口間隙尺寸隨著時(shí)間的延長(zhǎng)相較于瞬時(shí)開(kāi)口尺寸稍有增大然后逐漸