原位納米ZrB2-6X82Al復(fù)合材料的累積疊軋加工及其高溫塑變性能的研究.pdf

1、本文設(shè)計開發(fā)6X82Al-K2ZrF6-KBF4新型復(fù)合材料體系，并結(jié)合電磁攪拌技術(shù)，成功制備了原位納米ZrB2/6X82Al復(fù)合材料。然后，在300oC下對制備的復(fù)合材料進行累積疊軋(ARB)大塑性變形，借助OM、XRD、SEM、EDS等手段對復(fù)合材料ARB前后以及不同道次的納米增強體顆粒大小、形狀、分布；析出相大小、形狀、分布；復(fù)合材料晶粒的大小、形貌變化進行研究，并探討了ARB加工過程中的晶粒細化機制以及不同熱處理狀態(tài)對復(fù)合材料在

2、累積疊軋加工過程的組織形貌的影響。測試了不同熱處理狀態(tài)下ARB前后以及不同道次的復(fù)合材料的力學(xué)性能，探究了ARB加工態(tài)復(fù)合材料的強化機理，并對ARB加工獲得的復(fù)合材料進行高溫拉伸試驗以研究其高溫塑變性能及其高溫塑變機制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴復(fù)合材料的原位合成工藝研究表明：當(dāng)混合鹽K2ZrF6與KBF4的質(zhì)量比為52:48，熔體溫度1123K，反應(yīng)時間為30min，并施加間歇式螺旋磁場攪拌，可獲得ZrB2/6X82Al復(fù)合材

3、料，其中ZrB2顆粒多為六邊形或者四邊形，尺寸為30-100nm，以局部團簇的方式分布在基體中，并一定程度的細化了復(fù)合材料基體的晶粒。⑵ARB試驗結(jié)果表明：復(fù)合材料通過ARB加工后，納米增強相隨著疊軋道次的提高在基體中的均勻性被逐漸大幅度提高，析出相也逐漸細化至納米尺度，復(fù)合材料晶粒尺度得到充分的細化，隨著軋制道次細化程度越來越高，疊軋9道次后達到最大，復(fù)合材料的晶粒平均尺寸約為380nm，均勻等軸分布。固溶時效后再進行ARB處理的SA

4、R(固溶-時效-軋制)態(tài)復(fù)合材料相比于僅進行固溶后ARB處理的SRA(固溶-軋制-時效)態(tài)復(fù)合材料，SAR態(tài)復(fù)合材料在相同ARB道次下，納米顆粒分布的更均勻，納米顆粒團簇更少；其中析出相尺寸更細小，分散的更均勻，達到納米尺度的析出相更多。⑶力學(xué)性能測試結(jié)果表明：ARB加工后的復(fù)合材料強度隨著質(zhì)量分數(shù)提高而提高，并分別隨著道次的提高而繼續(xù)增高，同時其塑性也得到大幅度增強，固溶時效后再進行累積疊軋是最佳工藝，獲得了高強韌性能鋁基復(fù)合材料。當(dāng)

5、增強顆粒質(zhì)量分數(shù)為3wt.％時，累積疊軋9道次之后，無論是塑性還是強度都得到大幅度提升，強度為310Mpa，伸長率達到15.8%，分別較基體提高了138.5%和66.3%。復(fù)合材料強韌性的大幅度提高，是由于納米ZrB2顆粒的均勻分布，析出相的細化，晶粒細化，缺陷消除組織均勻共同作用的結(jié)果。⑷高溫拉伸試驗表明：ARB加工后復(fù)合材料高溫塑變性能發(fā)生很大的變化，與常溫下的力學(xué)性能有很大的區(qū)別。ARB加工后的復(fù)合材料在高溫下還具有一定的高溫強度

6、，當(dāng)質(zhì)量分數(shù)為3wt.%，累積疊軋道次為9道次，復(fù)合材料獲得最佳的高溫塑變性能，最大高溫伸長率為140%。隨著變形溫度、應(yīng)變速率的提高，復(fù)合材料伸長率都表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，過低的應(yīng)變速率以及過高的變形溫度造成高溫塑性的下降，最佳高溫塑性變形參數(shù)為：變形溫度600K，應(yīng)變速率5×10-3s-1。⑸復(fù)合材料的高溫塑性變形機理分析表明：在高溫拉伸過程中，晶粒內(nèi)部強度超過晶界強度，晶界受到外力更容易發(fā)生滑動與偏轉(zhuǎn)，同時塑變過程中的動態(tài)回復(fù)