不同長度短碳纖維增強2024Sc鋁基復(fù)合材料組織及性能研究.pdf

1、本文采用傳統(tǒng)的熔煉鑄造法制備了2024Sc鋁合金，并采用液態(tài)攪拌鑄造法制備質(zhì)量分數(shù)為3％長度分別為2mm、3mm、4mm、5mm短碳纖維增強2024Sc鋁基復(fù)合材料。用化學鍍銅的方法處理碳纖維，采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察材料的微觀組織和拉伸斷口形貌，采用EDS分析材料的微觀組織中第二相成分，利用阿基米德原理，對材料的密度、致密化程度進行分析，通過室溫拉伸試驗、加載-卸載試驗測量了五種材料雙級時效下的常規(guī)力學性能和微屈服性能，采用熱

2、膨脹儀測量材料的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果表明：
　　（1）鑄態(tài)的2024Sc鋁合金，由于非平衡凝固時發(fā)生偏析，微觀組織中有白色連續(xù)網(wǎng)狀的第二相和深灰色α-Al基體組成，在Cf增強復(fù)合材料中觀察到碳纖維均勻分布在界面上，發(fā)生了輕微的界面反應(yīng)。經(jīng)過均勻化處理后，連續(xù)白色網(wǎng)狀第二相變成不連續(xù)狀，Zr、Sc部分溶解到基體中，部分以Sc、Zr化合物的形式存在。經(jīng)過擠壓后，第二相晶粒被拉長且沿著晶界分布，碳纖維由亂序排列變成沿著擠壓方向分布。

3、　?。?）研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的理論密度和實際密度均小于2024Sc鋁合金，鑄態(tài)時的密度均小于擠壓后的密度。隨著碳纖維長度的增加，復(fù)合材料的鑄態(tài)密度先增加后降低，經(jīng)過擠壓后復(fù)合材料的密度之間沒有明顯差異，但是，復(fù)合材料孔隙率明顯降低，孔隙率分別降低了71.3%、59.4%、80.2%和80%。且隨著碳纖維長度的增加，復(fù)合材料的致密化程度越來越高，改善了材料的力學性能。
　　（3）經(jīng)過495℃/2h固溶，130℃/3h+200℃/（5

4、h、10h、15h）雙級時效處理后，研究發(fā)現(xiàn)，當碳纖維長度小于5mm時，同種材料的抗拉強度、屈服強度和彈性模量均是先升高后降低，終級時效10h時復(fù)合材料的抗拉強度、屈服強度和彈性模量最大分別為472MPa、411MPa、87GPa；當長度為5mm時，峰時效時間提前至5h，抗拉強度和屈服強度分別達到494MPa、419MPa；當鋁合金中添加碳纖維后，材料的抗拉強度、屈服強度和延伸率均下降，但是材料的彈性模量明顯提高，最高為90GPa；復(fù)合

5、材料經(jīng)過拉伸后，通過觀察斷口形貌發(fā)現(xiàn)，碳纖維一般被拔出（提前失效）或拔斷。
　?。?）研究發(fā)現(xiàn)，微屈服階段時效硬化率遠遠高于屈服階段的時效硬化率，經(jīng)過495℃/2h固溶，130℃/3h+200℃/10h雙級時效處理后，材料的微屈服達到最大值。隨著碳纖維長度的增加，Cf增強復(fù)合材料的微屈服強度先升高后降低，當碳纖維長度為4mm，復(fù)合材料的微屈服強度達到最大值為304MPa。隨著碳纖維的加入，降低了Cf增強復(fù)合材料的微屈服強度。