Al18B4O33w-Mg復(fù)合材料熱壓縮變形行為與微觀機制.pdf

1、本文采用擠壓鑄造法成功制備了20％Al18B4O33w/ZK60鎂基復(fù)合材料，并對鑄態(tài)ZK60鎂合金和Al18B4O33w/ZK60鎂基復(fù)合材料在應(yīng)變量為0.6、不同變形溫度(523-723K)和不同應(yīng)變速率(0.001-10s-1)條件下進行了熱壓縮試驗。研究了合金和復(fù)合材料在不同變形條件下的流變應(yīng)力行為。利用動態(tài)材料模型中的計算方法，得到了合金和復(fù)合材料的加工圖，并對其加以驗證。根據(jù)加工圖理論和顯微組織觀察，確定了合金和復(fù)合材料的最

2、佳塑性變形工藝參數(shù)，并在此工藝條件下對其進行熱擠壓變形，對擠壓后的材料進行了組織分析和拉伸性能測試。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡研究了合金和復(fù)合材料在壓縮變形過程中的顯微組織演變，分析了兩種材料的高溫壓縮變形機制。
　　通過對鑄態(tài)ZK60合金和Al18B4O33w/ZK60復(fù)合材料的高溫壓縮流變行為的研究，結(jié)果表明：在相同應(yīng)變速率條件下，隨著變形溫度的升高，鑄態(tài)合金和復(fù)合材料的流變應(yīng)力均降低；合金與復(fù)合材料相比，復(fù)合材料的流

3、變應(yīng)力高一些。復(fù)合材料在壓縮變形過程中的應(yīng)變軟化效果隨著壓縮溫度升高而減弱。在相同溫度條件下，隨著應(yīng)變速率的增大，鑄態(tài)合金和復(fù)合材料的流變應(yīng)力均增大，復(fù)合材料的應(yīng)變軟化效果隨著應(yīng)變速率的增加明顯增強。
　　根據(jù)加工圖理論、不可逆熱力學(xué)原理和動態(tài)材料模型中的計算方法得到了合金和復(fù)合材料的加工圖。分別根據(jù)功率耗散效率圖和流變失穩(wěn)圖分析了合金和復(fù)合材料在不同變形溫度和應(yīng)變速率條件下的功率耗散效率、穩(wěn)態(tài)變形和非穩(wěn)態(tài)變形。
　　根據(jù)合

4、金和復(fù)合材料在不同變形溫度和應(yīng)變速率條件下的組織情況，驗證了通過計算得到的合金和復(fù)合材料加工圖的正確性和有效性。結(jié)合所繪制的加工圖和顯微組織，確定出合金和復(fù)合材料的最佳熱加工工藝參數(shù)。合金的最佳熱加工工藝參數(shù)為：溫度T=648K，應(yīng)變速率ε&=0.001s-1，其對應(yīng)的功率耗散效率η=39%；而復(fù)合材料的最佳熱加工工藝參數(shù)為：溫度T=673K，應(yīng)變速率ε&=0.1s-1，其對應(yīng)的功率耗散效率η=31%。
　　在上述研究基礎(chǔ)上，采用

5、通過加工圖得到的鑄態(tài)合金與復(fù)合材料的最佳熱加工工藝參數(shù)(變形溫度和應(yīng)變速率)，成功地將鑄態(tài)ZK60合金和Al18B4O33w/ZK60復(fù)合材料擠壓成了表面質(zhì)量良好、性能優(yōu)良的棒材，這表明加工圖對于確定合金和復(fù)合材料的最佳變形工藝參數(shù)是有效的。與鑄態(tài)材料相比，擠壓變形使得ZK60合金（沿擠壓方向）的抗拉強度、屈服強度、延伸率和彈性模量分別提高了39.5%、89.4%、25%和6.7%。Al18B4O33w/ZK60復(fù)合材料（沿擠壓方向）的

6、抗拉強度、屈服強度、延伸率和彈性模量分別提高了29.3%、32.2%、16.7%和17.1%。研究結(jié)果表明，熱擠壓顯著提高了合金和復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　合金和復(fù)合材料的顯微組織隨著壓縮變形溫度、應(yīng)變速率的變化而變化。在應(yīng)變速率一定的條件下，隨著溫度升高，孿晶數(shù)目減少，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的數(shù)目增加。孿晶尺寸和再結(jié)晶晶粒尺寸也隨溫度升高而增大。位錯密度隨溫度升高而降低。當(dāng)變形溫度一定的條件下，隨著應(yīng)變速率的提高，位錯密度增大，孿晶和再

7、結(jié)晶晶粒尺寸減小，再結(jié)晶晶粒數(shù)目減少。
　　通過對合金和復(fù)合材料的顯微組織觀察表明，在壓縮變形過程中，合金和復(fù)合材料基體內(nèi)的孿晶主要存在于應(yīng)力集中的晶界附近。孿晶與孿晶以及孿晶與位錯之間的相互作用促進了新晶粒的形核。動態(tài)再結(jié)晶新晶粒優(yōu)先在晶界附近形核。對于復(fù)合材料在壓縮變形過程中，晶須發(fā)生了轉(zhuǎn)動和折斷，晶須的存在促進了再結(jié)晶的發(fā)生，再結(jié)晶多發(fā)生在晶須附近的基體中，同時晶須的存在也抑制了晶粒的長大。研究認為，鑄態(tài)ZK60合金和Al1