Grp-AZ91復(fù)合材料阻尼行為與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文針對(duì)合金元素能有效提高純鎂強(qiáng)度的同時(shí)顯著降低其阻尼性能這一矛盾，提出了采用具備較高阻尼性能的石墨顆粒來增強(qiáng)具備較高強(qiáng)度的鎂合金。采用半固態(tài)攪拌鑄造工藝成功制備了石墨顆粒增強(qiáng) AZ91鎂合金基復(fù)合材料(Grp/AZ91)，并對(duì)所制備的復(fù)合材料進(jìn)行了熱擠壓變形。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)研究石墨顆粒和熱擠壓變形對(duì)復(fù)合材料顯微組織的影響，采用萬能試驗(yàn)機(jī)和維氏顯微硬度計(jì)研究石墨顆粒和熱擠壓變形

2、對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，采用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)研究石墨顆粒和熱擠壓變形對(duì)復(fù)合材料阻尼行為的影響，通過熱處理進(jìn)一步探索了復(fù)合材料中不同因素對(duì)阻尼行為的影響規(guī)律，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料中的阻尼機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
　　加入5％的石墨顆粒急劇細(xì)化了熱擠壓后復(fù)合材料的晶粒尺寸，而隨著石墨顆粒體積分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，晶粒尺寸又逐漸上升，隨著擠壓溫度和擠壓比的升高，晶粒尺寸都是先減小后增加，擠壓溫度300℃和擠壓比12時(shí)晶粒尺寸均最小。經(jīng)過相

3、同工藝的熱擠壓變形，不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料具有相同的石墨顆粒長(zhǎng)徑比，隨著擠壓溫度和擠壓比的升高，石墨顆粒長(zhǎng)徑比均單調(diào)增加。擠壓態(tài)復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸和位錯(cuò)密度密切相關(guān)，晶粒尺寸的減小和位錯(cuò)密度的增加都會(huì)使屈服強(qiáng)度上升?？估瓘?qiáng)度和延伸率與界面密切相關(guān)，由于石墨顆粒和基體合金為弱界面結(jié)合，界面的增加將導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度和延伸率的下降。彈性模量與石墨顆粒體積分?jǐn)?shù)密切相關(guān)，隨著石墨顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加，彈性模量單調(diào)上升。
　　隨著石墨顆粒

4、體積分?jǐn)?shù)從0增加至10%，擠壓態(tài) Grp/AZ91復(fù)合材料的阻尼-應(yīng)變譜顯著上升，而當(dāng)石墨顆粒體積分?jǐn)?shù)超過10%后，較低應(yīng)變振幅下的阻尼值基體不隨石墨顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而變化，只有當(dāng)應(yīng)變振幅超過0.0300%后，阻尼值才能隨石墨顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而顯著上升。較低應(yīng)變振幅下，擠壓溫度300℃和擠壓比12的復(fù)合材料均具有最高的阻尼值，較高應(yīng)變振幅下，不同擠壓溫度和擠壓比的復(fù)合材料均具有相近的阻尼值。擠壓態(tài) Grp/AZ91復(fù)合材料的阻尼-溫

5、度譜上存在兩個(gè)明顯的阻尼峰，分別發(fā)生在150℃(P1峰)和350℃(P2峰)左右，阻尼峰 P1為主要受晶格自擴(kuò)散控制的位錯(cuò)滑移峰，P2峰為再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大所形成的峰，阻尼-溫度譜測(cè)試之前晶粒尺寸越小，P2峰的峰溫越低，阻尼-溫度譜測(cè)試過程中晶粒長(zhǎng)大程度越小，峰高越低。
　　水冷試樣中的位錯(cuò)密度較高，但位錯(cuò)之間有相當(dāng)嚴(yán)重的纏結(jié)現(xiàn)象，從而使得水冷試樣的與應(yīng)變振幅相關(guān)的阻尼明顯低于空冷與爐冷試樣。不同時(shí)效時(shí)間的阻尼-溫度譜在約150℃至2

6、00℃的范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)阻尼峰(P1′)，時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)，阻尼峰越明顯，經(jīng)分析此峰亦為主要受晶格自擴(kuò)散控制的位錯(cuò)滑移峰。室溫下，晶粒尺寸越大，作為位錯(cuò)強(qiáng)釘扎點(diǎn)的晶界越少，位錯(cuò)的可動(dòng)性和可動(dòng)范圍越大，與應(yīng)變振幅相關(guān)的阻尼越高，較高溫度下，晶粒尺寸越小，晶界越多，其對(duì)阻尼的貢獻(xiàn)越大，阻尼值越高。在較高溫度下，當(dāng)晶界對(duì)阻尼的貢獻(xiàn)相近時(shí)，由石墨顆粒長(zhǎng)徑比增加導(dǎo)致界面增多而引起的阻尼增長(zhǎng)便會(huì)體現(xiàn)出來。當(dāng)晶粒尺寸相近時(shí)，較低溫度下，較高石墨顆粒體積分