多向鍛造變形納米SiCp-AZ91鎂基復(fù)合材料組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文探索了SiC納米顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的超聲波復(fù)合法制備工藝,并對(duì)納米SiCp/AZ91鎂基復(fù)合材料進(jìn)行了多向鍛造。系統(tǒng)地研究了制備工藝參數(shù)對(duì)鑄態(tài)納米復(fù)合材料組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律,揭示了納米復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制。優(yōu)化了納米SiCp/AZ91復(fù)合材料的多向鍛造工藝,采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡研究了不同工藝下多向鍛造對(duì)納米復(fù)合材料顯微組織的影響,并對(duì)多向鍛造后納米復(fù)合材料的織構(gòu)演變及力學(xué)性能開(kāi)展了系統(tǒng)研究。
　

2、　理論計(jì)算表明當(dāng)前研究中所用的超聲波裝置在鎂熔體中可以產(chǎn)生充分的空化效應(yīng),并且空化效應(yīng)在熔體中造成的聲壓可以打散 SiC納米顆粒團(tuán)聚。對(duì)AZ91合金研究表明超聲波處理和未經(jīng)過(guò)超聲波處理的AZ91合金組織和力學(xué)性能趨于一致,表明超聲波處理后AZ91合金中大部分第二相β-Mg17Al12形貌的改變是影響其力學(xué)性能主要因素。通過(guò)探索不同超聲波處理功率、超聲波處理時(shí)間以及不同攪拌鑄造工藝,并探索制備不同體積分?jǐn)?shù)的納米SiCp/AZ91復(fù)合材料,

3、獲得攪拌鑄造復(fù)合超聲波分散法制備體積分?jǐn)?shù)為1％的SiC納米顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料優(yōu)化工藝:半固態(tài)攪拌時(shí)間為5min,超聲波處理功率為480W和超聲波處理時(shí)間為20min。理論計(jì)算和試驗(yàn)對(duì)比分析表明當(dāng)前鑄態(tài)納米SiCp/AZ91鎂基復(fù)合材料的主要增強(qiáng)機(jī)制為Hall-Petch強(qiáng)化機(jī)制和Orowan強(qiáng)化機(jī)制。采用改進(jìn)的Clyne法得到的納米復(fù)合材料屈服強(qiáng)度的理論增加值更接近試驗(yàn)值,兩者的差值主要是由于少量 SiC納米顆粒聚集沿晶界分布,削弱了

4、納米復(fù)合材料中Orowan強(qiáng)化機(jī)制的影響。
　　對(duì)體積分?jǐn)?shù)為1%的納米SiCp/AZ91復(fù)合材料的恒溫多向鍛造研究表明,與400℃初次鍛造后納米SiCp/AZ91復(fù)合材料相比,納米復(fù)合材料基體的再結(jié)晶程度隨著恒溫多向鍛造道次的增加而逐漸增加。與350℃恒溫多向鍛造后納米復(fù)合材料相比,恒溫多向鍛造溫度的增加將導(dǎo)致納米復(fù)合材料的基體晶粒尺寸增加。各道次多向鍛造后納米復(fù)合材料與 AZ91合金的織構(gòu)類(lèi)型相似,表明SiC納米顆粒的加入不改變

5、基體織構(gòu)類(lèi)型,但將影響其織構(gòu)強(qiáng)度。納米復(fù)合材料多向鍛造過(guò)程中增強(qiáng)體SiC納米顆粒的加入將阻礙動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大。與鑄態(tài)納米SiCp/AZ91復(fù)合材料相比,400℃不同道次恒溫多向鍛造后納米復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度顯著增加;6道次恒溫多向鍛造后納米復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率較鑄態(tài)同時(shí)提高。與相同工藝下恒溫多向鍛造后AZ91合金相比,SiC納米顆粒的加入導(dǎo)致復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度均顯著增加;6道次恒溫多向鍛造后納米復(fù)合材料的延伸

6、率同合金相比則得到保持。
　　對(duì)合金與納米SiCp/AZ91復(fù)合材料降溫多向鍛造研究則發(fā)現(xiàn),納米復(fù)合材料基體的平均晶粒尺寸比AZ91合金小,進(jìn)一步證實(shí)SiC納米顆粒的加入有利于基體再結(jié)晶晶粒的細(xì)化。與鑄態(tài)納米SiCp/AZ91復(fù)合材料相比,不同工藝下降溫多向鍛造后納米復(fù)合材料基體晶粒顯著細(xì)化,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度同時(shí)提高;隨降溫多向鍛造道次的增加和鍛造溫度的降低,晶界附近析出相數(shù)量增加,這些析出相也將阻礙再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大。降溫多向鍛

7、造后納米復(fù)合材料中第二相析出的尺寸及其分布都將影響其斷裂行為:降溫至350℃經(jīng)6道次多向鍛造后納米復(fù)合材料中存在明顯的SiC納米顆粒及第二相聚集帶,這些聚集帶將在室溫拉伸過(guò)程中沿垂直于應(yīng)力軸方向開(kāi)裂,成為最大的裂紋源。少量粗大的第二相Mg17Al12與鎂基體間也存在微裂紋,這些是另一個(gè)裂紋源。對(duì)不同工藝下多向鍛造后AZ91合金和納米SiCp/AZ91復(fù)合材料組織及力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)分析表明復(fù)合材料中基體晶粒大小、織構(gòu)分布、增強(qiáng)體SiC納米