放電等離子燒結(jié)制備SiCp-6061鋁基復(fù)合材料及其熱變形行為的研究.pdf

1、鋁基復(fù)合材料因其低密度、高強度、高彈性模量、高耐磨性能、高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)等特點得到了人們的關(guān)注，特別是顆粒增強鋁基復(fù)合材料不僅擁有其他鋁基復(fù)合材料的特性而且更加的經(jīng)濟廉價，從而在航空、航天、汽車、電子等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是由于塑性較差，使得顆粒增強鋁基復(fù)合材料的塑形加工仍存在一定難度，因此本文采用高能球磨結(jié)合放電等離子燒結(jié)的方法制備了含不同種類、不同體積分?jǐn)?shù)增強相顆粒的復(fù)合材料，并對其制備工藝、流變行為和力學(xué)性能進行了深入研究

2、，主要內(nèi)容如下：
　　研究了球磨時間對SiCp/6061復(fù)合粉末微觀形貌及結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)在球磨10h之內(nèi)，復(fù)合粉末內(nèi)沒有新的物相生成，隨著球磨時間的延長，SiC顆粒分布的均勻化程度提高，6061鋁合金的晶粒尺寸減小，但復(fù)合粉末的含氧量逐漸上升，綜合這些因素，確定了復(fù)合粉末的最佳球磨時間為3h。
　　根據(jù)放電等離子燒結(jié)過程中6061粉末的收縮曲線分析了6061粉末的致密化過程，通過對不同燒結(jié)溫度6061燒結(jié)體的密度、微觀形貌

3、以及拉伸性能的研究，確定了6061粉末的最佳放電等離子燒結(jié)工藝條件，以此為基礎(chǔ)制備了SiCp/6061復(fù)合材料，并對其微觀形貌和拉伸性能進行了分析。結(jié)果表明，SiCp體積分?jǐn)?shù)和分布狀態(tài)對SiCp/6061復(fù)合材料的拉伸強度及塑性有顯著影響，當(dāng)SiCp體積分?jǐn)?shù)為15％時復(fù)合材料的拉伸強度最高，為236MPa，SiCp體積分?jǐn)?shù)進一步增加至20%時復(fù)合材料的拉伸強度下降至219MPa。
　　采用Gleeble熱模擬試驗機對SiCp/60

4、61復(fù)合材料進行了恒應(yīng)變速率等溫壓縮試驗，探討了復(fù)合材料熱變形過程中流變應(yīng)力與變形溫度、應(yīng)變速率的關(guān)系；采用Zener-Hollomon參數(shù)模型，確定了復(fù)合材料的變形激活能，推導(dǎo)了本構(gòu)方程；并根據(jù)材料動態(tài)模型及Prasad失穩(wěn)判據(jù)建立了10vol%SiCp/6061復(fù)合材料的熱加工圖，分析了熱變形過程中復(fù)合材料的微觀組織的演變和動態(tài)軟化機制。實驗結(jié)果表明，SiCp/6061復(fù)合材料在熱變形過程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有明顯的動態(tài)軟化特征，并

5、且流變應(yīng)力隨變形溫度的升高而降低，隨應(yīng)變速率及SiCp體積分?jǐn)?shù)的升高而提高；10vol.%SiCp/6061復(fù)合材料在本文變形條件下有兩個安全加工區(qū)域，分別為：300-425℃、0.1-0.001s-1和450-500℃、1-0.1s-1。在這兩個安全加工區(qū)域內(nèi)的軟化機制分別為動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶，其最佳的熱加工條件為：變形溫度500℃、應(yīng)變速率1s-1。
　　研究了軋制溫度、軋制速率、壓下量、球磨時間以及SiCp體積分?jǐn)?shù)對SiC

6、p/6061復(fù)合材料軋制成形性能的影響，確定最佳軋制工藝為軋制溫度500℃，軋制速度0.2m/s、單道次壓下量0.6-0.15mm。在此工藝下制備了厚度為1mm左右的SiCp/6061復(fù)合材料薄板，并分析了其微觀形貌和拉伸性能。實驗結(jié)果表明，軋制成形可以起到細(xì)化晶粒和提高增強相顆粒均勻化程度的作用，軋制后復(fù)合材料的拉伸塑性得到不同程度的改善，拉伸強度大幅度提高，其中，20vol.%SiCp/6061復(fù)合材料的拉伸強度和延伸率分別由軋制前