原位Al3Ti-2024Al復合材料超聲輔助擠壓鑄造及強化機制研究.pdf

1、顆粒增強鋁基復合材料性能優(yōu)異，制備成本和加工成本都較低，是金屬基復合材料研究發(fā)展的主要方向之一。原位合成解決了增強體與基體的潤濕性問題，二者界面結合良好，有助于獲得更好的機械性能，但原位制備的工藝過程較難掌握。本課題在此背景下，開展了原位鑄造法制備Al3Ti顆粒增強2024Al復合材料的相關研究，具體研究內(nèi)容包括超聲鑄造法制備原位Al3Ti/2024Al復合材料，擠壓鑄造對Al3Ti/2024Al復合材料組織及性能的影響，Al3Ti/2

2、024Al復合材料熱處理工藝研究，以及Al3Ti/2024Al復合材料強化機制討論。
　　本研究采用超聲輔助在2024Al熔體內(nèi)部原位合成Al3Ti增強顆粒，借助先進材料分析測試技術完成物相確定和復合材料組織結構觀察；采用擠壓鑄造和熱處理工藝改善了復合材料的宏觀和微觀組織，實現(xiàn)材料性能的提升；通過對Al3Ti顆粒增強機制的研究討論，明確了影響復合材料力學性能的主要因素及作用效果；討論對比了現(xiàn)有模型對原位Al3Ti/2024Al復合

3、材料性能的預測情況，并結合試驗現(xiàn)象提出修正的理論預測模型。主要研究結果及結論如下：
　　采用平均粒徑20μm的Ti粉原位生成的Al3Ti顆粒大部分介于4-6μm。Al3Ti顆粒主要分布在α-Al晶粒內(nèi)部。Ti粉尺寸過大可能導致反應不完全或Al3Ti顆粒團聚，Ti粉過細(10μm)并不能得到更為細小的Al3Ti。復合材料的拉伸屈服強度、硬度和高溫壓縮性能都得到提高。
　　擠壓鑄造壓力不足時無法保證復合材料的致密度，壓力過大會使

4、基體中的共晶組織由連續(xù)網(wǎng)狀變?yōu)榉沁B續(xù)狀，固定壓力(150MPa)下增加Al3Ti含量會產(chǎn)生相同結果，這與鑄態(tài)組織的非平衡凝固有關。
　　Al3Ti的存在改變了復合材料的時效敏感性，Al3Ti含量越高，達到峰時效所需的時間越短，同時復合材料的峰值硬度越高。擠壓鑄造得到的Al3Ti/2024Al復合材料經(jīng)固溶時效熱處理，峰時效狀態(tài)下的室溫力學性能得到明顯提高。材料塑性變形能力隨著Al3Ti含量的增加而降低。
　　Al3Ti顆粒在