ECAP变形SiCp/AZ91镁基复合材料的显微组织与性能

论文摘要

本文利用搅拌铸造法制备了5μm 5vol.% SiCp/AZ91镁基复合材料,并分别对铸态和挤压态5μm 5vol.% SiCp/AZ91镁基复合材料进行等通道角挤压（ECAP）变形。采用光学显微镜（OM）,扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对材料的显微组织进行观察;采用中子衍射对ECAP变形前后挤压态复合材料的织构演变进行分析;利用拉伸和压缩试验测试了材料的室温力学性能;采用机械动态分析仪（DMA）测试了ECAP变形前后复合材料的阻尼性能。研究结果表明:ECAP变形可以有效地消除铸态SiCp/AZ91复合材料中SiCp的“项链状”分布,改善了SiCp在铸态和挤压态复合材料中的分布,并且随着ECAP变形温度和道次的增加,SiCp的分布更加均匀,其分布接近泊松理论分布,颗粒大小无明显变化。与铸态AZ91合金相比,铸态复合材料的晶粒尺寸明显细化,这是由于SiCp促进了再结晶形核,并且阻碍晶粒界面的移动,从而阻止晶粒长大。铸态和挤压态SiCp/AZ91复合材料经过ECAP变形后,发生了不同程度的动态再结晶,晶粒显著细化。经过400℃下3道次变形后,铸态复合材料的晶粒尺寸达到2μm左右;经过300℃下3道次变形后,挤压态复合材料的晶粒尺寸达到1μm以下。铸态复合材料的织构为随机性织构,经热挤压后,复合材料中大多数晶粒的{0002}基面和< 1010>方向与挤压方向平行,即形成了{0002} < 1010>纤维织构。挤压态复合材料经过1道次的ECAP变形后,一部分基面发生偏转,织构组分发生改变,且随着变形温度的增加,{0002}极图的强度减弱。300℃下随ECAP变形道次的增加,基体合金的一部分基面向与挤压方向约成45°角的方向倾转,且强度逐渐增加,这将利于基面滑移。铸态复合材料经过在不同温度下1道次ECAP变形后,其屈服强度和抗拉强度都有所提高,延伸率变化不明显。在350℃、400℃下,随着道次的增加,屈服强度和抗拉强度逐渐增加,延伸率有所增加,认为这是由于晶粒逐渐细化的结果,SiC颗粒的均匀分布有利于复合材料强度和塑性的提高。挤压态复合材料经过在不同温度下1道次ECAP变形后,其屈服强度和抗拉强度都有所提高,延伸率变化不明显。同时,随着ECAP变形温度的增加,屈服强度逐渐降低,晶粒度对其起主导作用。在300℃下,随着变形道次的增加,屈服强度和抗拉强度逐渐增加,延伸率变化不明显,这表明此时基体合金的细晶强化作用大于织构软化,同时颗粒的均匀分布及其与基体界面结合强度的提高也有利于复合材料性力学能的改善。挤压态复合材料经过压缩后,其抗压强度均明显高于抗拉强度,拉/压非对称性较高,但随着ECAP变形道次的增加,抗压强度逐渐降低,抗压强度与抗拉强度的比值呈下降趋势,而且平行与垂直方向的抗压强度比值也呈下降趋势,这表明晶粒细化和织构调整导致复合材料的力学性能各向异性降低。铸态和挤压态复合材料经过ECAP变形后,其室温阻尼-应变振幅曲线表现出应变振幅相关和无关两部分,并且曲线可以采用G-L位错钉扎模型给予很好的解析。经过ECAP变形后的复合材料阻尼性能随温度的升高而提高,ECAP变形后的复合材料的阻尼曲线随温度变化出现两个峰:在100-150℃之间出现一阻尼峰,其可能是由于大量位错同时沿着基面滑移所致;在350℃左右时出现另外一个阻尼峰,认为该峰是由于由于升温过程中材料内部发生再结晶所导致。

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摘要

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第1章绪论

1.1 课题背景

1.2 颗粒增强镁基复合材料的研究现状

1.3 等通道角挤压

1.3.1 等通道角挤压的工艺原理

1.3.2 等通道角挤压工艺路径

1.3.3 ECAP 变形对金属基复合材料组织和性能的影响

1.4 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

2.1.1 基体合金

2.1.2 增强体

2.2 试验方法

2.2.1 半固态搅拌铸造工艺

2.2.2 热挤压试验

2.2.3 等通道角挤压（ECAP）

2.2.4 显微组织观察

2.2.5 室温拉伸试验

2.2.6 室温压缩试验

2.2.7 X 射线衍射分析

2.2.8 织构测量

2.2.9 阻尼性能测试

第3章 SiCp/AZ91 镁基复合材料的制备及组织性能

3.1 引言

3.2 SiCp/AZ91 镁基复合材料的制备

3.2.1 搅拌铸造SiCp/AZ91 试验准备工作

3.2.2 SiCp/AZ91 镁基复合材料的搅拌工艺

3.2.3 挤压态SiCp/AZ91 镁基复合材料的制备

3.3 SiCp/AZ91 镁基复合材料的显微组织

3.3.1 SiC 颗粒的分布

3.3.2 光学显微组织

3.4 SiCp/AZ91 镁基复合材料的性能

3.4.1 SiCp/AZ91 复合材料的力学性能

3.4.2 SiCp/AZ91 复合材料的拉伸断口

3.5 本章小结

第4章 ECAP 变形铸态SiCp/AZ91 镁基复合材料的显微组织与性能

4.1 引言

4.2 ECAP 变形铸态SiCp/AZ91 复合材料的显微组织

4.2.1 铸态复合材料ECAP 变形前后的颗粒分布及大小

4.2.2 铸态复合材料ECAP 变形前后基体合金的显微组织

4.2.3 铸态复合材料ECAP 变形前后的基面取向变化

4.3 ECAP 变形铸态SiCp/AZ91 复合材料的性能

4.3.1 铸态复合材料ECAP 变形前后的拉伸性能

4.3.2 铸态复合材料ECAP 变形的阻尼性能

4.4 本章小结

第5章 ECAP 变形挤压态SiCp/AZ91 镁基复合材料的显微组织与性能

5.1 引言

5.2 ECAP 变形挤压态SiCp/AZ91 复合材料的显微组织

5.2.1 挤压态复合材料ECAP 变形前后的颗粒分布及大小

5.2.2 挤压态复合材料ECAP 变形前后基体合金的显微组织

5.2.3 挤压态复合材料ECAP 变形前后的织构

5.3 ECAP 变形挤压态SiCp/AZ91 复合材料的性能

5.3.1 挤压态复合材料ECAP 变形前后的拉伸性能

5.3.2 挤压态复合材料ECAP 变形前后的压缩性能

5.3.3 挤压态复合材料ECAP 变形前后的阻尼性能

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

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