TC4p-AZ91鎂基復合材料的制備與組織性能研究.pdf

1、本文通過對制備工藝參數(shù)的探索，成功制備了15μm、35μm不同體積分數(shù)（10％、15%和20%）TC4p/AZ91鎂基復合材料，并研究了TC4p尺寸、體積分數(shù)和形狀對復合材料組織及性能的影響，分析了TC4p與AZ91基體之間的界面形態(tài)，進而揭示了TC4p/AZ91復合材料的強化機制，并系統(tǒng)研究了熱擠壓變形對復合材料中TC4p的影響以及增強相參數(shù)（顆粒尺寸、體積分數(shù)和顆粒形狀）對擠壓態(tài)復合材料顯微組織、織構(gòu)和力學性能的影響，還研究了界面調(diào)

2、控對TC4p增強鎂基復合材料組織及性能的影響，進一步揭示界面反應(yīng)生成的Al-Ti中間相對復合材料的作用。
　　研究結(jié)果表明，復合材料中的TC4p沒有發(fā)生明顯的顆粒沉降現(xiàn)象，并且均勻分布于基體中。與AZ91合金相比，TC4p/AZ91復合材料的晶粒得到了明顯細化，且力學性能得到了大幅度的提升。當TC4p體積分數(shù)逐漸增加時，復合材料的晶粒越來越細小，其強度和剛度均隨之顯著提高，而延伸率下降不大。隨著TC4p尺寸的減小，復合材料的晶粒細

3、化越顯著，其強度和延伸率也得到進一步的提高。對于球形TC4p/AZ91復合材料，由于在球形TC4p與基體之間的界面處存在著大量的界面反應(yīng)，粗大的顆粒狀反應(yīng)產(chǎn)物導致了力學性能的惡化。
　　與鑄態(tài)TC4p/AZ91復合材料相比，經(jīng)過熱擠壓變形后，復合材料中的TC4p分布得到明顯改善，TC4p偏聚區(qū)明顯減少或消失；另外，TC4p沿著擠壓方向定向排布，從而消除了鑄態(tài)復合材料中部分顆粒呈現(xiàn)的項鏈狀分布狀態(tài)，使復合材料的微觀組織更加均勻；當T

4、C4p的加入量過多時，在擠壓態(tài)復合材料中發(fā)現(xiàn)了部分顆粒發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。熱擠壓變形后，在合金和復合材料中DRX已經(jīng)基本完成，因此，晶粒得到了顯著細化；復合材料的DRX晶粒均比合金的DRX晶粒小，且隨著TC4p體積分數(shù)的增加，擠壓態(tài)復合材料的晶粒先減小后增大；另外，隨著TC4p尺寸的減小，復合材料的晶粒得到進一步減小；對于球形TC4p/AZ91復合材料，其顯微組織中出現(xiàn)了少量未再結(jié)晶區(qū)，而晶粒尺寸與無規(guī)則TC4p/AZ91復合材料相差不大。

5、與鑄態(tài)AZ91合金及TC4p/AZ91復合材料相比，經(jīng)熱擠壓后其強度和剛度均有大幅度提高；當TC4p含量逐漸增加時，擠壓態(tài)復合材料的強度呈現(xiàn)先提高后降低的變化趨勢，這是當顆粒含量過多時基體中顆粒發(fā)生斷裂導致的；另外，當TC4p尺寸減小時，復合材料的抗拉強度和延伸率也有明顯提高。擠壓態(tài)合金和復合材料都表現(xiàn)為典型的基面織構(gòu)，即(0002)基面平行于擠壓方向，而(10-10)柱面垂直于擠壓方向，說明TC4p并沒有改變復合材料中基體合金的織構(gòu)類

6、型；但是，TC4p的加入弱化了復合材料的織構(gòu)強度，且隨著TC4p體積分數(shù)的增加，復合材料的(0002)基面和(10-10)柱面織構(gòu)強度隨之逐漸降低，另外，TC4p尺寸的減小會導致對復合材料織構(gòu)強度的弱化作用更嚴重，而球形TC4p對織構(gòu)強度的弱化作用較小。
　　TC4p與AZ91之間主要存在三種界面結(jié)構(gòu)：一種是光滑平整的界面；另一種是界面處出現(xiàn)的納米級MgO；第三種為界面處析出的Al-Ti中間相。其中，Al-Ti中間相包括：細小的棒

7、狀Al3Ti、粗大的顆粒狀Al2Ti和在TC4p內(nèi)部生長的AlTi3。界面處的棒狀Al3Ti較為常見，而界面處的顆粒狀Al2Ti和TC4p內(nèi)部的樹枝狀AlTi3的析出量很少。TC4p/AZ91復合材料的強化機制除了熱錯配強化機制、細晶強化機制和載荷傳遞作用之外，還存在界面處形成的納米級第二相的Orowan強化機制，正是由于忽略了Orowan強化作用對復合材料屈服強度的貢獻△σOrowan，才導致△σ0.2實驗值與理論值的差別較大。當基體