多向鍛造變形納米SiCp-AZ91鎂基復合材料組織與力學性能研究.pdf

1、本文探索了SiC納米顆粒增強鎂基復合材料的超聲波復合法制備工藝,并對納米SiCp/AZ91鎂基復合材料進行了多向鍛造。系統(tǒng)地研究了制備工藝參數(shù)對鑄態(tài)納米復合材料組織和力學性能的影響規(guī)律,揭示了納米復合材料的增強機制。優(yōu)化了納米SiCp/AZ91復合材料的多向鍛造工藝,采用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡研究了不同工藝下多向鍛造對納米復合材料顯微組織的影響,并對多向鍛造后納米復合材料的織構演變及力學性能開展了系統(tǒng)研究。
　

2、　理論計算表明當前研究中所用的超聲波裝置在鎂熔體中可以產生充分的空化效應,并且空化效應在熔體中造成的聲壓可以打散 SiC納米顆粒團聚。對AZ91合金研究表明超聲波處理和未經過超聲波處理的AZ91合金組織和力學性能趨于一致,表明超聲波處理后AZ91合金中大部分第二相β-Mg17Al12形貌的改變是影響其力學性能主要因素。通過探索不同超聲波處理功率、超聲波處理時間以及不同攪拌鑄造工藝,并探索制備不同體積分數(shù)的納米SiCp/AZ91復合材料,

3、獲得攪拌鑄造復合超聲波分散法制備體積分數(shù)為1％的SiC納米顆粒增強鎂基復合材料優(yōu)化工藝:半固態(tài)攪拌時間為5min,超聲波處理功率為480W和超聲波處理時間為20min。理論計算和試驗對比分析表明當前鑄態(tài)納米SiCp/AZ91鎂基復合材料的主要增強機制為Hall-Petch強化機制和Orowan強化機制。采用改進的Clyne法得到的納米復合材料屈服強度的理論增加值更接近試驗值,兩者的差值主要是由于少量 SiC納米顆粒聚集沿晶界分布,削弱了

4、納米復合材料中Orowan強化機制的影響。
　　對體積分數(shù)為1%的納米SiCp/AZ91復合材料的恒溫多向鍛造研究表明,與400℃初次鍛造后納米SiCp/AZ91復合材料相比,納米復合材料基體的再結晶程度隨著恒溫多向鍛造道次的增加而逐漸增加。與350℃恒溫多向鍛造后納米復合材料相比,恒溫多向鍛造溫度的增加將導致納米復合材料的基體晶粒尺寸增加。各道次多向鍛造后納米復合材料與 AZ91合金的織構類型相似,表明SiC納米顆粒的加入不改變

5、基體織構類型,但將影響其織構強度。納米復合材料多向鍛造過程中增強體SiC納米顆粒的加入將阻礙動態(tài)再結晶晶粒的長大。與鑄態(tài)納米SiCp/AZ91復合材料相比,400℃不同道次恒溫多向鍛造后納米復合材料的抗拉強度和屈服強度顯著增加;6道次恒溫多向鍛造后納米復合材料的屈服強度、抗拉強度和延伸率較鑄態(tài)同時提高。與相同工藝下恒溫多向鍛造后AZ91合金相比,SiC納米顆粒的加入導致復合材料的屈服強度均顯著增加;6道次恒溫多向鍛造后納米復合材料的延伸

6、率同合金相比則得到保持。
　　對合金與納米SiCp/AZ91復合材料降溫多向鍛造研究則發(fā)現(xiàn),納米復合材料基體的平均晶粒尺寸比AZ91合金小,進一步證實SiC納米顆粒的加入有利于基體再結晶晶粒的細化。與鑄態(tài)納米SiCp/AZ91復合材料相比,不同工藝下降溫多向鍛造后納米復合材料基體晶粒顯著細化,屈服強度和抗拉強度同時提高;隨降溫多向鍛造道次的增加和鍛造溫度的降低,晶界附近析出相數(shù)量增加,這些析出相也將阻礙再結晶晶粒的長大。降溫多向鍛

7、造后納米復合材料中第二相析出的尺寸及其分布都將影響其斷裂行為:降溫至350℃經6道次多向鍛造后納米復合材料中存在明顯的SiC納米顆粒及第二相聚集帶,這些聚集帶將在室溫拉伸過程中沿垂直于應力軸方向開裂,成為最大的裂紋源。少量粗大的第二相Mg17Al12與鎂基體間也存在微裂紋,這些是另一個裂紋源。對不同工藝下多向鍛造后AZ91合金和納米SiCp/AZ91復合材料組織及力學性能進行系統(tǒng)分析表明復合材料中基體晶粒大小、織構分布、增強體SiC納米