快速凝固AZ91镁合金及SiCp/AZ91镁基复合材料的研究

论文摘要

采用快速凝固/粉末冶金法制备镁合金时,可以显著细化合金的晶粒组织、减少甚至消除粗大的平衡析出相,从而显著提高合金的塑性变形性能和力学性能,这对高强高韧性变形镁合金材料的研制和工业化应用具有重要的意义。本论文利用实验室自行设计的雾化-双辊激冷装置制备了AZ91镁合金箔片状粉末,通过致密化和塑性变形的方法制备出了直径为Φ10mm和Φ8mm的AZ91镁合金材料;通过将合金粉末与SiC粉末均匀混合的方法制备出了SiCp/AZ91复合材料棒材。利用扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）等检测手段研究了快速凝固/粉末冶金AZ91镁合金及其复合材料的晶粒组织、析出相的演变规律,SiC增强颗粒在合金基体中的分布特点和材料的力学性能,探讨了材料的强化机制和拉伸断裂机理,研究了快速凝固/粉末冶金AZ91镁合金及其复合材料在各热处理过程中的微观组织及其力学性能的稳定性。研究结果表明,快速凝固/粉末冶金AZ91镁合金棒材组织由过饱和α-Mg相和少量细小的β-Mg17Al12相组成;合金粉末热挤压后的密度可达到理论值;快速凝固AZ91镁合金及其复合材料的理想挤压温度为350℃,挤压速度为0.1m/min。快速凝固AZ91镁合金挤压棒材的抗拉强度和伸长率分别为383.23MPa和9.4%;随着挤压比的增加,晶粒变得更加细小,从而提高了材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率;热挤压AZ91镁合金在室温拉伸时呈现韧性断裂特征。采用快速凝固/粉末冶金法制备的SiCp/AZ91复合材料中SiC颗粒分布较均匀,复合材料的屈服强度、抗拉强度、伸长率随SiC颗粒含量的增加而逐渐减小。在热挤压过程中,Mg和SiC颗粒表面的SiO2之间发生了界面反应,在界面产生Mg2Si相。与合金材料相比,复合材料的力学性能有所下降。不同工艺参数条件下对快速凝固/粉末冶金AZ91镁合金及其复合材料棒材进行热处理研究,并对其组织和性能进行分析。实验表明,快速凝固/粉末冶金AZ91镁合金在退火处理过程中发生了静态再结晶现象,在200℃时可以观察到再结晶现象。分析了退火温度和退火时间对合金显微组织和硬度的影响规律。快速凝固/粉末冶金SiCp/AZ91棒材在退火处理过程中也发生了静态再结晶。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 快速凝固镁合金的研究进展
• 1.2.1 快速凝固镁合金的制备方法
• 1.2.2 快速凝固镁合金的组织性能特点
• 1.3 镁基复合材料的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 镁基复合材料的制备技术
• 1.3.2 镁基复合材料的界面问题
• 1.3.3 镁基复合材料的组织性能特点
• 1.3.4 研究现状及发展趋势
• 1.4 论文研究的目的和主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 实验装置与实验方案
• 2.1 增强相与基体合金
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 雾化-双辊激冷法制粉装置
• 2.2.2 主要实验参数
• 2.3 实验过程及方法
• 2.3.1 实验流程
• 2.3.2 合金熔炼
• 2.3.3 合金粉末和复合粉末的制备
• 2.3.4 粉末致密化和挤压成形工艺
• 2.3.5 材料组织性能分析
• 第3章 快速凝固/粉末冶金AZ91 镁合金组织及性能的研究
• 3.1 实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 合金的相组成
• 3.2.2 合金粉末和挤压棒材的组织特点
• 3.2.3 棒材的致密度
• 3.2.4 力学性能
• 3.2.5 断口形貌
• 3.3 小结
• 第4章 快速凝固/粉末冶金SICP/AZ91 复合材料组织及性能的研究
• 4.1 实验
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 复合材料的相组成
• 4.2.2 SiC 颗粒的分布特点
• 4.2.3 力学性能
• 4.2.4 SiCp/AZ91 复合材料界面分析
• 4.2.5 拉伸断口形貌
• 4.3 小结
• 第5章 快速凝固/粉末冶金AZ91 合金及SICP/AZ91 复合材料的热稳定性研究
• 5.1 热处理工艺
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 棒材微观组织稳定性
• 5.2.2 不同加热状态下试样的布氏硬度值
• 5.2.3 复合材料的热处理研究
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录