反復壓縮大塑性變形制備鎂基復合材料的組織與性能研究.pdf

1、本文采用反復壓縮大塑性變形技術(shù)制備鎂基復合材料，研究復合材料的組織和性能。將Si加入AZ31鎂合金熔體制備了AZ31-Si原位鎂基復合材料坯料，采用循環(huán)閉式模鍛(CCDF)和反復鐓壓（RU)兩種反復壓縮大塑性變形技術(shù)細化和均勻組織結(jié)構(gòu)，制備Mg2Si原位增強的均勻組織鎂基復合材料，考察了Si含量對復合材料坯料組織、力學性能和耐磨性能的影響，研究了反復壓縮工藝參數(shù)（變形道次、加工溫度）對基體組織和增強相尺寸、形貌、分布，以及對力學性能的影

2、響規(guī)律，分析了反復壓縮對室溫拉伸斷裂行為的影響，探討了AZ31-Si反復壓縮過程中Mg2Si相的破碎機制，采用有限元法模擬了反復壓縮過程中復合材料的溫度場、流動場、應力場、應變場，優(yōu)化了模具和工藝。通過高能超聲技術(shù)將SiC納米顆粒加入Mg熔體中制備了Mg-1wt.％SiC納米復合材料坯料，采用往復擠壓(CEC)大塑性變形技術(shù)細化和均勻組織，彌散SiC納米顆粒分布，制備了SiC納米顆粒均勻分布的鎂基納米復合材料，考察了往復擠壓道次對Mg-

3、1wt.％SiC納米復合材料坯料組織和性能的影響。
　　 研究了Si含量對AZ31-Si原位復合材料坯料組織和室溫性能的影響，表明鑄態(tài)AZ31-Si原位復合材料由α-Mg基體、Mg17Al12相、樹枝狀初生Mg2Si相和漢字狀共晶Mg2Si相組成，隨著Si含量從0增加到5％（wt.％），Mg2Si相的尺寸和體積分數(shù)逐漸增大，復合材料的硬度、屈服強度和耐磨性能逐漸提高，由于基體中粗大的Mg2Si顆粒尖端附近容易產(chǎn)生應力集中，抗拉強

4、度和延伸率逐漸降低，室溫拉伸斷裂形式由韌脆混合型穿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榻饫泶嘈詳嗔选?br>　　 考察了鑄態(tài)AZ31-Si復合材料坯料的高溫力學性能和耐磨性能，發(fā)現(xiàn)隨著Si含量從0增加到5％(wt.％），鑄態(tài)AZ31-Si復合材料在150℃下的抗拉強度和延伸率逐漸減小;隨著拉伸溫度從100℃提高到200℃，AZ31-2wt.％Si復合材料的抗拉強度逐漸降低，延伸率逐漸提高;隨著溫度從30℃提高到190℃，由于復合材料的強度和硬度逐漸降低，高溫

5、下熱應力與接觸應力共同作用，磨損失重逐漸增大。
　　 研究了反復壓縮道次對AZ31-2wt.％Si坯料組織的影響，發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)閉式模鍛及反復鐓壓道次從0增加到5，由于動態(tài)再結(jié)晶，晶粒平均尺寸逐漸減小，尺寸分布均勻性逐漸提高;變形時基體產(chǎn)生的剪切應力將Mg2Si由粗大的漢字狀和樹枝狀逐漸破碎為細小多角塊狀，破碎的Mg2Si顆粒在多道次加工過程中反復流動而重新分布，其分布均勻性逐漸提高，5道次后呈細小、彌散分布;坯料反復壓縮過程的有

6、限元模擬表明應力場中存在剪切應力，應變場中累積應變和應變的分布均勻性隨道次增加逐漸提高，這些因素導致Mg2Si顆粒的分布均勻性隨道次增加逐漸提高。
　　 研究了反復壓縮道次對AZ31-2wt.％Si坯料性能的影響，結(jié)果表明:隨著循環(huán)閉式模鍛及反復鐓壓道次從0增加到5，由于基體晶粒逐漸細化和Mg2Si相彌散化，復合材料的屈服強度、抗拉強度、延伸率和耐磨性能不斷提高，拉伸斷裂形式由解理脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g脆混合斷裂。
　　 AZ

7、31和AZ31-2wt.％Si坯料在不同溫度反復壓縮后的組織和性能研究表明:隨著循環(huán)閉式模鍛加工溫度從350℃提高到450℃:AZ31合金晶粒平均尺寸逐漸增大，形成的基面織構(gòu)減弱，屈服強度和抗拉強度逐漸降低，延伸率逐漸提高;在400℃下加工時AZ31-2wt.％Si復合材料中Mg2Si顆粒破碎效果最好，且基體晶粒平均尺寸最小，強度和延伸率最高。
　　 利用有限元法分析了反復鐓壓模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)對材料流動的影響，發(fā)現(xiàn)減小型腔寬度

8、可以提高每道次的等效應變，但降低應變分布均勻性和坯料的形狀尺寸保持度;模具過渡角可提高坯料成型表面質(zhì)量，隨著過渡角半徑的增大，坯料中應變分布均勻性有所提高;反復鐓壓過程中坯料的絕大部分在三個方向都處于壓應力狀態(tài)，變形過程中由于流速不均勻和流動方向不同，剪切變形總是存在的;隨反復鐓壓道次的增加，累積應變和應變的分布均勻性都逐漸提高;采用路徑B（每道次加工后坯料繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°）鐓壓獲得的坯料中等效應變分布比路徑A（每道次加工后坯料不旋轉(zhuǎn)）

9、更均勻;隨著鐓壓溫度的提高，最大鐓壓載荷不斷減小，坯料中應變和應力分布更加均勻。
　　 研究了采用路徑A和B反復鐓壓后鎂合金的組織和性能，表明在350℃、5道次，采用路徑B加工對AZ31合金具有更強的晶粒細化和均勻化效果，對強度和塑性的提高更加顯著。
　　 往復擠壓道次對Mg-1wt.％SiC納米復合材料坯料組織和性能的影響研究表明:隨著道次從0增加到8，復合材料的平均晶粒尺寸逐漸減小，納米顆粒的分布均勻性、復合材料的硬