原位合成ZrB2-A356復(fù)合材料組織和性能的研究.pdf

1、由于高新技術(shù)的發(fā)展和原位合成的鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)勢(shì),人們對(duì)鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用提出了多方面的性能的要求,從而使研究原位顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的性能具備了重要的實(shí)際意義。本文開發(fā)了鋁基復(fù)合材料制備新體系A(chǔ)356-(Al-4B)合金-K2ZrF6,采用熔體反應(yīng)法成功制備了ZrB2p/A356復(fù)合材料,并利用DSC、XRD、OM、SEM等分析手段,研究了復(fù)合材料相的組成、凝固組織、內(nèi)生顆粒的特征等;此外研究了合

2、金化,熱處理和超聲對(duì)基體和復(fù)合材料的有關(guān)作用;并通過(guò)復(fù)合材料的拉伸,磨損試驗(yàn)分析了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制和磨損機(jī)制。
　　 實(shí)驗(yàn)表明:根據(jù)70%-80%的收得率在A356熔體中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al-4B和K2ZrF6粉劑(zr、B的摩爾比為1:2)制備了顆粒體積分?jǐn)?shù)分別為2.3%、4.1%和5.7%的ZrB2p/A356復(fù)合材料,利用DSC、XRD、SEM分析表明在900℃反應(yīng)生成的大多數(shù)都是ZrB2顆粒幾乎不生成Al3Zr顆粒,

3、生成的ZrB2顆粒形貌為規(guī)則的方狀和六方塊狀,顆粒尺寸大部分都在1-3μm,但分布有團(tuán)聚。
　　 在反應(yīng)的過(guò)程中對(duì)體積分?jǐn)?shù)為5.7%的ZrB2p/A356復(fù)合材料熔體分別間歇施加功率為0.5kw、1kw、1.5kw的高能超聲場(chǎng)發(fā)現(xiàn):所制備的復(fù)合材料增強(qiáng)相的顆粒數(shù)目增多,界面干凈,周邊鈍圓,沒(méi)有尖銳棱角出現(xiàn),顆粒的尺寸也更加的細(xì)小在0.1-0.21μm之問(wèn),部分顆粒尺寸小于0.1μm。而且在基體中的分布也得到改善,用1kw高能超聲

4、時(shí)顆粒的分布效果最好。
　　 在對(duì)基體A356合金化研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn):加入Al-B(0.01B)中間合金、0.4%Al-5Ti-1B及Al-Sr(0.02%Sr)對(duì)ZrB2/A356復(fù)合材料聯(lián)合細(xì)化之后,使得ZrB2顆粒大量形核,組織變得均勻,顆粒形核速度大于其生長(zhǎng)速度,a-Al和共晶Si均得到了更好的細(xì)化和變質(zhì),Si相也變得圓整細(xì)小。對(duì)于535℃固溶4.5h+時(shí)效、545℃固溶3.5h+時(shí)效以及鑄造后直接余熱淬火+時(shí)效等工藝下

5、共晶Si的形貌已經(jīng)大大的改善,達(dá)到良好的球化及均勻分布,硅相顆粒由纖維狀向球化轉(zhuǎn)變,避免了纖維狀顆粒對(duì)基體的割裂作用,從而改善了合金的性能,但545℃固溶3.5h+時(shí)效效果更好。
　　 高能超聲之后的ZrBzp/A356復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率較未施加高能超聲時(shí)有了很大的提高,當(dāng)超聲功率為1kw,顆粒體積分?jǐn)?shù)為5.7%時(shí),分別達(dá)到264.4MPa和6.5%,較未施加高能超聲的復(fù)合材料的性能分別提高12.4%和11%。隨著超聲作用

6、時(shí)間的增加,ZrB2p/A356復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度σb和伸長(zhǎng)率δ都呈現(xiàn)了先升后降的趨勢(shì)。較未施加超聲作用的ZrB2p/A356復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度提高了,但是伸長(zhǎng)率有所下降。加入Al-B(0.01B)中間合金、0.4%Al-5Ti-1B及Al-Sr(0.02%Sr)對(duì)ZrB2/A356復(fù)合材料聯(lián)合細(xì)化之后進(jìn)行545℃固溶3.5h+時(shí)效處理使抗拉強(qiáng)度σb達(dá)到312Mpa伸長(zhǎng)率6至7%。復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、Orowan強(qiáng)