原位亞微米顆粒增強(qiáng)Al-Mg-Si-O系復(fù)合材料及其超塑性研究.pdf

1、本文采用熔體直接反應(yīng)法結(jié)合高速剪切分散工藝，以亞微米SiO2顆粒與Al-Mg-Si合金熔體反應(yīng)制備了原位亞微米顆粒增強(qiáng)Al-Mg-Si-O系復(fù)合材料，系統(tǒng)分析了復(fù)合材料的反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)產(chǎn)物，研究了SiO2顆粒添加量、T6熱處理及多向鍛造(MF)變形對(duì)復(fù)合材料顯微組織及拉伸性能的影響，并通過(guò)單向高溫拉伸試驗(yàn)研究了復(fù)合材料的超塑性。亞微米SiO2顆粒與Al-2.53Mg-1.47Si熔體合金原位反應(yīng)生成亞微米MgAl2O4增強(qiáng)顆粒，基體則由

2、α-Al、Mg2Si及Si相組成。SiO2顆粒的添加對(duì)基體中α-Al具有細(xì)化作用。SiO2添加量較少時(shí)(≤1 vol.％)，α-Al枝晶細(xì)化效果明顯，晶界處僅存在少量MgAl2O4團(tuán)聚。但隨著SiO2添加量的進(jìn)一步增加，晶界處MgAl2O4團(tuán)聚逐漸增多，α-Al枝晶并未進(jìn)一步明顯細(xì)化。添加1vol.%SiO2所制備復(fù)合材料中α-Al枝晶尺寸較小，MgAl2O4團(tuán)聚較少，顯微組織最優(yōu)。T6熱處理可有效改善復(fù)合材料中Mg2Si相的形貌。經(jīng)過(guò)

3、T6熱處理后，晶界處網(wǎng)狀分布的Mg2Si變?yōu)榧?xì)小球狀、橢球狀，最大尺寸約為8μm。多向鍛造則可促使Mg2Si顆粒均勻分布于基體中，同時(shí)使晶界處亞微米MgAl2O4團(tuán)聚得到一定程度改善。隨著SiO2顆粒添加量的提高，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度增大，伸長(zhǎng)率減小。相較于Al-2.53Mg-1.47Si合金，SiO2添加量為0.5、1、2、3 vol.%時(shí)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度依次提高了9.2%、18.4%、23.7%和26.1%，伸長(zhǎng)率則依次降低了6.5%

4、、12.4%、32.8%和59.5%。經(jīng)T6熱處理及多向鍛造后，添加1 vol.%SiO2所制備的復(fù)合材料伸長(zhǎng)率可達(dá)19.83%，較鑄態(tài)時(shí)提高313.9%，斷裂方式也由鑄態(tài)時(shí)的脆韌混合斷裂轉(zhuǎn)化為完全韌性斷裂。
　　本研究以不同變形條件對(duì)T6+MF態(tài)1vol.%SiO2復(fù)合材料進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)表明：隨著溫度升高、應(yīng)變速率降低，變形最大真應(yīng)力值減小，伸長(zhǎng)率增大。在560℃，10-4 s-1條件下復(fù)合材料的伸長(zhǎng)率可達(dá)126%。特征參數(shù)m

5、值隨溫度提高而增大，試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)m值均小于0.3，但進(jìn)一步升高溫度，m值可能繼續(xù)增大。特征參數(shù)Q值遠(yuǎn)大于Al的自擴(kuò)散激活能，可推斷這是高溫拉伸過(guò)程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所引發(fā)的晶界滑動(dòng)變形機(jī)制在起作用。復(fù)合材料高溫拉伸斷口主要由韌窩構(gòu)成，呈延性斷裂特征。韌窩尺寸及形貌隨溫度降低與應(yīng)變速率增大而逐漸變小變淺。斷裂過(guò)程中發(fā)生了空洞的形核、長(zhǎng)大與連接?？斩炊嘈纬捎诰Ы绮灰?guī)則處，隨著高溫變形的進(jìn)行，空洞尺寸不斷增大，空洞長(zhǎng)大機(jī)制也由擴(kuò)散控制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)