晶須與納米顆粒混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的高溫變形行為.pdf

1、本文采用擠壓鑄造法制備了(SiCw+SiCp)/2024Al復(fù)合材料，其中SiC晶須的體積分?jǐn)?shù)為17％～20％，納米SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)可控范圍為2％～9％。為了研究納米顆粒的作用，還制備了SiC晶須體積分?jǐn)?shù)為20％和27％的SiCw/2024Al復(fù)合材料。在進(jìn)行高溫變形試驗(yàn)時(shí)，首先采用了與實(shí)際生產(chǎn)密切相聯(lián)系的熱擠壓和熱軋制變形方式，得到有益于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)果；然后采用高溫壓縮變形和高溫拉伸變形方式，以得到高溫變形力學(xué)性能數(shù)據(jù)，結(jié)合顯微

2、組織觀察，進(jìn)行理論分析探討。通過硬度測(cè)試和差熱分析(DSC)對(duì)混雜復(fù)合材料的時(shí)效析出行為進(jìn)行了研究，并對(duì)熱變形前后復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)定。采用透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)觀察了材料熱變形前后組織變化。 通過用超聲波分散納米SiC顆粒，用濕成型法制備預(yù)制塊并選擇適當(dāng)?shù)膲鸿T工藝參數(shù)可以制備出復(fù)合狀況良好的混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。對(duì)熱變形前后混雜復(fù)合材料微觀組織觀察表明：鑄態(tài)復(fù)合材料中增強(qiáng)體分布均勻，并與基體有良好的

3、界面結(jié)合；熱變形后，納米顆粒分布的均勻性和分散性得到改善，SiC晶須產(chǎn)生了沿?cái)D壓方向的定向排列，但是晶須發(fā)生折斷，長徑比減小。高溫壓縮后，晶須發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和折斷。 SiC晶須和納米SiC顆粒的加入加速了基體合金的時(shí)效動(dòng)力學(xué)。在190℃時(shí)效溫度下，時(shí)效5小時(shí)為復(fù)合材料最佳時(shí)效時(shí)間。對(duì)于混雜增強(qiáng)復(fù)合材料，時(shí)效初期位錯(cuò)線吸附溶質(zhì)原子，GP區(qū)的形成受到抑制；基體中位錯(cuò)發(fā)生回復(fù)使得復(fù)合材料在時(shí)效初期硬度值下降。 納米顆粒比晶須更有效地

4、提高復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度，擠壓后復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步提高，延伸率也略有提高。在晶須體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，混雜復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度隨SiC顆粒體積含量變化呈拋物線變化，存在極大值。當(dāng)納米顆粒含量為7％時(shí)，擠壓態(tài)混雜復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)到754MPa。但是納米顆粒含量不宜超過7％，否則由于納米顆粒偏聚團(tuán)的增加反而會(huì)引起強(qiáng)化效果降低?？紤]到晶須取向、長徑比以及納米顆粒偏聚團(tuán)的影響，可以采用修正的混合定律對(duì)晶須定向分布混雜增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度進(jìn)行

5、預(yù)測(cè)。 混雜復(fù)合材料的高溫壓縮流變應(yīng)力主要是由Orowan強(qiáng)化機(jī)制和晶須強(qiáng)化來決定的。在300℃以下變形時(shí)，混雜復(fù)合材料流變應(yīng)力較高的原因是由于Orowan強(qiáng)化機(jī)制起主導(dǎo)作用；在300～480℃變形時(shí)，Orowan強(qiáng)化逐漸減弱，由晶須強(qiáng)化決定流變應(yīng)力的變化；在固相線溫度以上壓縮變形時(shí)，由于納米顆粒阻止晶須的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以晶須的折斷是混雜復(fù)合材料具有較高流變應(yīng)力的原因?；祀s復(fù)合材料高溫變形回復(fù)機(jī)制是動(dòng)態(tài)回復(fù)和部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶?；祀s復(fù)合材

6、料高溫壓縮變形機(jī)制是晶界滑移機(jī)制，位錯(cuò)滑移和擴(kuò)散是其變形協(xié)調(diào)機(jī)制。計(jì)算混雜復(fù)合材料的表觀激活能需要考慮門檻應(yīng)力的作用，其表觀激活能的數(shù)值與鋁合金的自擴(kuò)散激活能相近。 對(duì)復(fù)合材料高溫拉伸結(jié)果表明SiCw/Al復(fù)合材料的高溫拉伸強(qiáng)度要高于混雜增強(qiáng)復(fù)合材料；納米顆粒嚴(yán)重分割基體，限制了高溫下基體合金的塑性變形，從而導(dǎo)致(SiCw+SiCp)/Al復(fù)合材料過早地發(fā)生斷裂，高溫變形延伸率比SiCw/Al低；在520℃變形時(shí)，即有微量液相出