【摘 要】
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混杂增强铝基复合材料能够选择和融合增强组元特性,通过协同增强的方式大幅提升材料的综合性能,是一种极具发展潜力的新型材料。但是其难加工的特性一直制约了混杂增强铝基复合材料的发展和应用。本文以粉末冶金法制备的颗粒增强Al-7Si/(10SiCp+x TiB_2)(x=3,5,8)复合材料为研究对象,通过Gleeble热压缩实验探究了该混杂增强复合材料的高温流变行为。实验参数设定为真应变0.6,变形温度
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混杂增强铝基复合材料能够选择和融合增强组元特性,通过协同增强的方式大幅提升材料的综合性能,是一种极具发展潜力的新型材料。但是其难加工的特性一直制约了混杂增强铝基复合材料的发展和应用。本文以粉末冶金法制备的颗粒增强Al-7Si/(10SiCp+x TiB2)(x=3,5,8)复合材料为研究对象,通过Gleeble热压缩实验探究了该混杂增强复合材料的高温流变行为。实验参数设定为真应变0.6,变形温度350-500°C,应变速率0.001-1 s-1。采用电子背散射衍射(EBSD),透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)结合本构方程、热加工图和微观结构观察,研究了该复合材料的热加工性特征和变形机理。真应力-真应变曲线显示,该复合材料的变形抗力随温度的升高和应变率的降低而减小。采用Arrhenius方程描述了Al-7Si/(10SiCp+x TiB2)(x=3,5,8)复合材料变形温度和应变速率对流动应力的函数关系。计算得到不同TiB2含量下,Al-7Si/(10SiCp+x TiB2)(x=3,5,8)复合材料的热变形激活能Q差异不大,分别为265.123kJ/mol,269.654 kJ/mol和263.967 kJ/mol。基于动态材料模型,构建了Al-7Si/(10SiCp+x TiB2)(x=3,5,8)复合材料在0.1-0.6应变下的热加工图。结果显示,随着TiB2含量的增加,应变0.6下失稳区面积逐渐增加,最大耗散系数显著降低,最佳变形条件由低温高应变速率区向高温低应变速率区过渡。Al-7Si/(10SiCp+3TiB2)复合材料失稳区为440-500°C、0.135-1s-1;最佳加工区间为395-405°C、0.368-1 s-1,最大耗散效率为32%。Al-7Si/(10SiCp+5TiB2)复合材料有三个失稳区,分别为350-440°C、0.001-0.015 s-1,350-380°C、0.368-1 s-1和480-500°C,0.607-1 s-1;最佳加工区间为490-500°C、0.011-0.030 s-1,最大耗散效率为28%。Al-7Si/(10SiCp+8TiB2)复合材料失稳区为,350-500°C、0.135-1 s-1;最佳加工区间为485-500°C、0.001-0.030 s-1,最大耗散效率为23%。实验结果表明,增强颗粒的加入加剧了位错堆积,提高了Al-7Si/(10SiCp+x TiB2)(x=3,5,8)复合材料的变形驱动力。在相同应变水平下,TiB2含量的增加导致Al-7Si/(10SiCp+x TiB2)(x=3,5,8)复合材料的软化机制由动态再结晶向动态回复转变。TiB2含量为3 wt.%和5 wt.%时,复合材料的软化机制以动态回复和动态再结晶为主;而当TiB2含量为8 wt.%时,复合材料的软化机制为动态回复。
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