快速凝固AZ91鎂合金及其顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的研究.pdf

1、鎂基復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、良好的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，在航空航天、交通、電子、武器裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?？焖倌?粉末冶金為制備顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的有效方法之一，本文介紹了一種自行發(fā)明的新型快速凝固粉末的制備方法，該方法將普通氣體霧化液滴噴射到旋轉(zhuǎn)的雙輥輥縫中進(jìn)一步模冷，形成了霧化—雙輥急冷的快速凝固粉末制備工藝。利用該方法安全有效地制備了快速凝固AZ91鎂合金粉末，并與SiCp、Al2O3、ZrO2粉

2、末混合，通過熱擠壓研制了顆粒增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料組織性能的演變規(guī)律。本文還研究了快速凝固/粉末冶金AZ91鎂合金熱壓縮變形流變應(yīng)力行為，快速凝固/粉末冶金法原位生成Mg2Si增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料，經(jīng)過系統(tǒng)的研究，獲得如下結(jié)論： 1、霧化—雙輥急冷法在下列工藝參數(shù)組合下：雙輥線速度25m/s；噴嘴直徑1mm；熔體壓射壓力0.1MPa；霧化氣體壓力0.3MPa。，可獲得宏觀尺寸細(xì)小、微觀組織均勻細(xì)小、綜合性能

3、優(yōu)良的的快速凝固AZ91鎂合金細(xì)碎箔帶，快速凝固箔帶在擠壓溫度為673K、擠壓速度為0.1mm/min，擠壓比為25：1時(shí)，可獲得的外表光潔、尺寸均勻、組織性能優(yōu)異的鎂合金棒材。 2、霧化—雙輥急冷法制備的AZ91鎂合金粉末態(tài)為細(xì)小等軸晶組織，晶粒尺寸1～3μm，組織為α—Mg過飽和固溶體和微量的細(xì)小β—Mg17Al12相組成；粉末擠壓棒材為等軸晶組織，晶粒尺寸5～7μm，組織中含有大量細(xì)小的β—Al12Mg17以及AlMg2Z

4、n析出相，室溫力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度383MPa，屈服強(qiáng)度275 MPa，斷后伸長率7.5％。室溫下表現(xiàn)為韌性斷裂特征。 3、快速凝固/粉末冶金AZ91鎂合金在加熱過程中發(fā)生明顯的沉淀相析出和靜態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。加熱溫度為118～200℃時(shí)，晶粒尺寸無明顯變化，而在晶內(nèi)和晶界處析出了大量的β—Mg17Al12相粒子。加熱溫度在200℃時(shí)發(fā)生再結(jié)晶，當(dāng)加熱溫度在350℃以下時(shí)，合金的晶粒尺寸仍保持穩(wěn)定，但第二相粒子開始重溶。當(dāng)加熱溫度達(dá)到

5、400℃時(shí)，β—Mg17Al12相粒子大量重溶，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了晶粒異常長大現(xiàn)象。退火溫度以及擠壓比對快速凝固/粉末冶金AZ91鎂合金的硬度及組織有顯著影響。 4、在應(yīng)變速率為0.001～1s—1和變形溫度為250～400℃條件下，快速凝固粉末冶金AZ91鎂合金熱壓縮變形流變應(yīng)力行為與普通鑄造鎂合金不同，在微應(yīng)變階段，應(yīng)力上升很快，該階段加工硬化占主導(dǎo)，動(dòng)態(tài)回復(fù)或動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象不明顯，尤其在較低的溫度變形時(shí)，硬化效果突出。材料的

6、熱壓縮變形流變應(yīng)力行為強(qiáng)烈地受到變形溫度的影響，流變應(yīng)力主要呈現(xiàn)冪指數(shù)關(guān)系。在本實(shí)驗(yàn)條件下，RS/PM AZ91鎂合金熱變形應(yīng)力指數(shù)n為8.7，其熱變形激活能Q為132.6kJ/mol。在熱變形溫度較低，材料處予較高應(yīng)力水平時(shí)，其擬合方程為： ε=9.6×105exp(0.066σ)exp(—132600/RT)在熱變形溫度較高，材料處于較低應(yīng)力水平時(shí)，其擬合方程為： ε=2.6×10—7σ8.7exp(—132600/

7、RT) 5、首次采用快速凝固/粉末冶金法制備了Si顆粒增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料，增強(qiáng)相分布均勻，在擠壓過程中增強(qiáng)相與基體反應(yīng)形成反應(yīng)層，反應(yīng)層中存在高溫相Mg2Si。在熱處理過程中，隨熱暴露溫度提高和時(shí)間的延長，增強(qiáng)相與基體的反應(yīng)層拓展，Mg2Si明顯增多。反應(yīng)區(qū)顯微硬度明顯高于其它區(qū)域，同時(shí)熱處理過程中晶粒有所長大，增強(qiáng)相有明顯抑制基體晶粒長大的作用，增強(qiáng)相附近基體晶粒長大速率小于其它區(qū)域。Si/AZ91復(fù)合材料在不同的時(shí)效制

8、度下，材料的性能與固溶時(shí)間存在一定的規(guī)律性。450℃退火處理時(shí)，隨固溶時(shí)間的延長，顯微硬度沒有明顯變化。隨后200℃/60h時(shí)效時(shí)，隨退火時(shí)間延長，材料的顯微硬度呈上升趨勢；200℃/120h時(shí)效時(shí)，固溶時(shí)聞為16h時(shí)，材料的顯微硬度達(dá)到峰值，而后迅速降低。Si顆粒增強(qiáng)AZ91鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能室溫δ、σb、σ0.2分別為3.50％、322MPa、241 MPa。而且隨Si含量的提高，材料的性能明顯下降。同時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的高

9、溫性能。 6、采用霧化—雙輥急冷法制備出了原位生成Mg2Si快速凝固2％Si/AZ91鎂合金碎箔帶，并用熱擠壓方法制備出合金板材。板材室溫σb、σ0.2、δ分別為429 MPa、322 MPa、6.4％，彈性模量71 GPa。斷口表現(xiàn)為韌性斷裂特征，有明顯的增強(qiáng)相拔斷現(xiàn)象。在423K時(shí)合金的屈服強(qiáng)度大于240MPa，在473K時(shí)合金的屈服強(qiáng)度和鑄態(tài)AZ91鎂合金相當(dāng)。 7、采用霧化—雙輥急冷法制備的合金粉末與增強(qiáng)顆粒均勻

10、混合后熱擠壓成形制備了SiC(Al2O3、ZrO2)p/AZ91復(fù)合材料。增強(qiáng)顆粒分布較均勻。SiCp/AZ91復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率隨著SiC顙粒含量的增加有所降低，在熱擠壓過程中，基體合金中的Mg與SiC顆粒表面的SiO2發(fā)生了界面反應(yīng)，生成了Mg2Si相，在拉伸變形過程中存在SiC顆粒斷裂、SiC顆粒與基體脫粘現(xiàn)象。Al2O3p/AZ91復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能優(yōu)異。由于ZrO2增強(qiáng)顆粒在基體中的分布不均勻，同時(shí)與基體