锻造工艺对SiCp/AZ91镁基复合材料组织与性能的影响

论文摘要

本文采用搅拌铸造法制备10μm5vol.%、10μm10vol.%和10μm15vol.% SiCp/AZ91镁基复合材料,并对基体合金和三种体积分数SiCp/AZ91镁基复合材料在不同的锻造工艺下进行锻造。采用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的显微组织进行了观察;测试了材料的室温力学性能。使用X射线衍射仪对锻造前后复合材料基体晶粒基面取向的变化进行了定性的分析。研究结果表明:锻造可以显著细化铸态基体合金的晶粒,提高基体合金的屈服强度。不同的锻造工艺下,基体合金的屈服强度同基体晶粒度的大小成反比:晶粒大则屈服强度小,晶粒小则屈服强度高。变形量不变,基体合金在锻造温度为370℃的抗拉强度最高;锻造温度为320和420℃时,变形量从50%增加到60%时,合金抗拉强度增加,变形量增加到80%时,合金的抗拉强度反而降低。锻造温度为370℃合金屈服强度和抗拉强度,随变形量的增加而增加。SiCp/AZ91复合材料经锻造后,其力学性能有很大提高。主要原因有:一方面,锻造变形能消除铸造缺陷,增强SiCp与基体的界面结合;另一方面,锻后复合材料中的SiCp沿垂直于锻造方向上呈定向、有序地排列,从而提高了增强体分布的均匀性。变形量为50%,随锻造温度由320℃升高到420℃,锻后复合材料的抗拉强度和屈服强度增加,随锻造温度的继续升高,锻后复合材料的强度反而降低;变形量为60%和80%时,锻造温度为370℃时的拉伸性能最高。锻造温度一定,变形量增加到60%时,锻后复合材料的抗拉强度和屈服强度随变形量的增加而增加,当变形量增加到80%时,反而降低。沿垂直于锻造方向,锻后复合材料基体中形成很强的基面织构,随锻造温度和变形量的变化,基面峰的相对强度与拉伸强度具有相同的变化趋势。变形量为50%,二次锻造后复合材料的抗拉强度和屈服强度比一次锻造的要高;二次锻造时,锻造温度为370℃时的拉伸性能最高;随体积分数的增加,锻后复合材料的抗拉强度和屈服强度升高。在同种锻造工艺下,锻后复合材料的屈服强度比基体合金要高很多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 颗粒增强金属基复合材料的研究现状
• 1.3 金属基复合材料的制备方法
• 1.3.1 熔体浸渗法
• 1.3.2 喷射沉积法
• 1.3.3 搅拌铸造法
• 1.3.4 粉末冶金法
• 1.3.5 熔融旋压法
• 1.3.6 原位反应自生增强法
• 1.4 金属基复合材料的高温变形
• 1.4.1 高温压缩
• 1.4.2 金属基复合材料的锻造变形行为研究
• 1.4.3 金属基复合材料的锻造工艺
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料及制备
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 半固态搅拌铸造工艺
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 锻造模具设计
• 2.2.2 锻造试验
• 2.2.3 光学显微组织观察
• 2.2.4 SEM组织观察
• 2.2.5 TEM组织观察
• 2.2.6 X射线衍射分析
• 2.2.7 室温拉伸试验
• 第3章 SiCp/AZ91 复合材料的制备
• 3.1 引言
• 3.2 SiCp/AZ91 复合材料的制备
• 3.2.1 SiCp/AZ91 复合材料的设计
• 3.2.2 SiCp/AZ91 复合材料半固态搅拌温度的确定
• 3.2.3 SiCp/AZ91 复合材料半固态搅拌工艺
• 3.3 SiCp/AZ91 复合材料的显微组织
• 3.4 SiCp/AZ91 复合材料的力学性能及断口分析
• 3.4.1 SiCp/AZ91 复合材料的力学性能
• 3.4.2 SiCp/AZ91 复合材料的断口分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 锻造对基体合金及SiCp/AZ91 复合材料组织的影响
• 4.1 引言
• 4.2 锻造对基体合金显微组织的影响
• 4.2.1 锻造温度对基体合金显微组织的影响
• 4.2.2 变形量对基体合金显微组织的影响
• 4.3 锻造对SiCp/AZ91 复合材料显微组织的影响
• 4.3.1 锻造温度对SiCp/AZ91 复合材料显微组织的影响
• 4.3.2 变形量对SiCp/AZ91 复合材料显微组织的影响
• 4.3.3 二次锻造对SiCp/AZ91 复合材料显微组织的影响
• 4.3.4 体积分数对锻后SiCp/AZ91 复合材料显微组织的影响
• 4.3.5 锻后SiCp/AZ91 复合材料X射线衍射分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 锻造对基体合金及SiCp/AZ91 复合材料力学性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 锻后基体合金的力学性能
• 5.2.1 锻造温度对基体合金力学性能的影响
• 5.2.2 变形量对基体合金力学性能的影响
• 5.2.3 锻后基体合金的断口观察
• 5.3 锻后SiCp/AZ91 复合材料的力学性能
• 5.3.1 锻造温度对SiCp/AZ91 镁基复合材料力学性能的影响
• 5.3.2 变形量对SiCp/AZ91 复合材料力学性能的影响
• 5.3.3 二次锻造对SiCp/AZ91 复合材料力学性能的影响
• 5.3.4 体积分数对锻后SiCp/AZ91 复合材料力学性能的影响
• 5.3.5 锻后SiCp/AZ91 复合材料的断口形貌
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢