晶須與納米顆?；祀s增強鋁基復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復合材料，其中SiC晶須的體積分數(shù)為17％～20％，納米SiC顆粒體積分數(shù)可控范圍為2％～9％。為了研究納米顆粒的作用，還制備了SiC晶須體積分數(shù)為20％和27％的SiCw/2024Al復合材料。在進行高溫變形試驗時，首先采用了與實際生產(chǎn)密切相聯(lián)系的熱擠壓和熱軋制變形方式，得到有益于指導實際生產(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性能數(shù)據(jù)，結(jié)合顯微

2、組織觀察，進行理論分析探討。通過硬度測試和差熱分析(DSC)對混雜復合材料的時效析出行為進行了研究，并對熱變形前后復合材料的室溫力學性能進行了測定。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，用濕成型法制備預制塊并選擇適當?shù)膲鸿T工藝參數(shù)可以制備出復合狀況良好的混雜增強鋁基復合材料。對熱變形前后混雜復合材料微觀組織觀察表明：鑄態(tài)復合材料中增強體分布均勻，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)生了沿擠壓方向的定向排列，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)動和折斷。 SiC晶須和納米SiC顆粒的加入加速了基體合金的時效動力學。在190℃時效溫度下，時效5小時為復合材料最佳時效時間。對于混雜增強復合材料，時效初期位錯線吸附溶質(zhì)原子，GP區(qū)的形成受到抑制；基體中位錯發(fā)生回復使得復合材料在時效初期硬度值下降。 納米顆粒比晶須更有效地

4、提高復合材料的室溫抗拉強度，擠壓后復合材料的抗拉強度進一步提高，延伸率也略有提高。在晶須體積分數(shù)一定時，混雜復合材料的抗拉強度隨SiC顆粒體積含量變化呈拋物線變化，存在極大值。當納米顆粒含量為7％時，擠壓態(tài)混雜復合材料的抗拉強度達到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的增加反而會引起強化效果降低?？紤]到晶須取向、長徑比以及納米顆粒偏聚團的影響，可以采用修正的混合定律對晶須定向分布混雜增強復合材料拉伸強度進行

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

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