塑性變形對(duì)噴射沉積7090Al-SiC-,p-復(fù)合材料SiC分布及組織性能影響.pdf

1、SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),但是其伸長(zhǎng)率明顯低于基體合金且SiC顆粒在基體合金中的分布均勻性不夠理想。對(duì)其進(jìn)行塑性變形,不僅可以提高復(fù)合材料的致密度,還可以改善SiC顆粒分布的均勻性,進(jìn)而提高復(fù)合材料的強(qiáng)度,改善其塑性和韌性。以上相關(guān)報(bào)道較多,但對(duì)不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下SiC顆粒的運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律的研究工作尚無(wú)系統(tǒng)報(bào)道。
　　 本文采用實(shí)驗(yàn)室自有的坩堝移動(dòng)式噴射沉積專利技術(shù)和粉末冶金技術(shù)制備了709

2、0A1/SiCp(SiCp體積分?jǐn)?shù)為15％)鋁基復(fù)合材料錠坯,分別采取熱擠壓(三向應(yīng)力)、等徑角擠壓(純剪切應(yīng)力)和楔形壓制技術(shù)(單向壓應(yīng)力)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了塑性變形,研究了噴射沉積錠坯在塑性變形過(guò)程中的致密化行為、SiC顆粒的破碎、運(yùn)動(dòng)及再分布規(guī)律,得到了如下結(jié)論:
　　 (1)噴射沉積制坯過(guò)程中,SiC顆粒主要粘附于合金液滴的表面,造成SiC顆粒在合金液滴表面較多,內(nèi)部較少,使SiC顆粒呈現(xiàn)層狀分布特征。在擠壓變形的三向應(yīng)力

3、作用下,這種層狀分布特征難以消除,SiC顆粒在擠壓棒材中呈條帶狀流線分布,橫截面上則呈“年輪”分布特征。增大擠壓比時(shí),擠壓棒材中SiC顆粒的分布趨于均勻。
　　 (2)采用P/M法制備了SiC顆粒均勻分布的7090Al/SiCp復(fù)合材料坯件,并進(jìn)行熱擠壓實(shí)驗(yàn),研究了SiC顆粒在熱擠壓變形過(guò)程中的分布特點(diǎn),并與噴射沉積坯擠壓結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:原始錠坯中的SiC顆粒分布越均勻,擠壓棒材中SiC顆粒的分布也越均勻。在擠壓過(guò)

4、程中,SiC顆粒在基體合金中沿?cái)D壓方向呈定向分布特征,這是由熱擠壓變形時(shí)的應(yīng)力特征決定的,但是沒(méi)有形成SiC顆粒分布不均勻的條帶組織;在擠壓棒材的橫截面上SiC顆粒分布的比較均勻,未出現(xiàn)年輪組織。擠壓比為11時(shí),擠壓棒材中存在一定量合金粉末顆粒的結(jié)合界面,說(shuō)明此時(shí)的擠壓比不足以使合金粉末顆粒實(shí)現(xiàn)完全的冶金結(jié)合。提高擠壓比至17以上時(shí),合金顆粒結(jié)合界面逐漸消除,實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。
　　 (3)擠壓態(tài)7090A1/SiCp復(fù)合材料的基

5、體合金中存在大量短棒狀的MgZn2相及圓形的CuAl2相顆粒,MgZn2粒子長(zhǎng)約200nm,直徑約60nm,分布在晶粒內(nèi)部;CuAl2相為球形粒子,尺寸不一,大的顆粒直徑大約為420nm,小顆粒直徑在40～60nm之間,主要分布在晶界上或近晶界區(qū)域。
　　 (4)研究了7090Al/SiCp擠壓棒材的固溶及時(shí)效制度,確定了最佳固溶溫度為475℃,固溶時(shí)間為1h。經(jīng)過(guò)固溶處理后,第二相顆粒MgZn2及CuAl2粒子溶入到了基體合金

6、中,復(fù)合材料棒材的力學(xué)性能為:σb=610MPa,δ=2.0％;再經(jīng)過(guò)120℃/24h時(shí)效處理后,復(fù)合材料棒材的力學(xué)性能為:σb=765MPa,δ=1.5％。
　　 (5)研究了等徑角擠壓(ECAP)工藝對(duì)噴射沉積7090Al/SiCp復(fù)合材料棒材組織和性能的影響,結(jié)果表明:ECAP溫度對(duì)變形行為的影響明顯;SiC顆粒在等徑角擠壓時(shí)的剪切力作用下會(huì)被破碎,破碎的SiC顆粒之間產(chǎn)生的空洞在300℃下很難被基體合金填充;將擠壓溫度提

7、高到350℃以上時(shí),破碎的SiC顆粒之間的空隙逐漸被基體填充、粘合,并可在一定范圍內(nèi)隨基體合金流動(dòng),分布均勻性明顯提高。在本研究中最佳的ECAP溫度為400℃。
　　 (6)以加工路徑A、Bc、C,在400℃下對(duì)7090Al/SiCp復(fù)合材料進(jìn)行了多道次等徑角擠壓。結(jié)果表明,按路徑Bc進(jìn)行擠壓時(shí)的力學(xué)性能優(yōu)異,經(jīng)過(guò)4個(gè)道次的變形后,晶粒為等軸晶,晶粒尺寸為400nm;峰值時(shí)效處理后,棒材的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度分別為770MPa及5

8、75MPa,彈性模量為106.6GPa,伸長(zhǎng)率為7.4％;SiC顆粒尺寸被顯著細(xì)化,由初始狀態(tài)時(shí)的10μm左右破碎至21μm左右。
　　 (7)基于對(duì)坯件進(jìn)行多道次小變形累積實(shí)現(xiàn)大變形的思想,研究了大尺寸噴射沉積7090Al/SiCp復(fù)合材料錠坯(510mm×337mm×200mm)在楔形壓制變形過(guò)程中SiC顆粒分布規(guī)律及孔洞變形行為。結(jié)果表明,在楔壓過(guò)程中,坯料發(fā)生局部塑性變形,使噴射沉積坯中的孔隙發(fā)生剪切變形、閉合,最終實(shí)現(xiàn)