搅拌铸造SiCp/2014Al复合材料界面演化与力学性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hua50776007
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SiC颗粒增强铝基复合材料已经是一种较为成熟,应用广泛的非连续增强铝基复合材料。复合材料中界面是载荷传递的媒介,界面结合状态深刻影响着复合材料的力学性能。然而对不同条件下材料界面演化规律,以及不同的界面结合状态与力学性能的响应关系研究并不系统。本文通过半固态搅拌技术制备了SiCp/2014Al复合材料,对复合材料进行热挤压变形和热压缩试验,研究热变形条件下材料的组织和界面演化,对挤压态复合材料进行热处理,并对热处理后的材料进行室温拉伸试验,分析热处理后力学性能的变化规律。  利用HF酸对SiC颗粒进行酸洗处理后,颗粒棱角分明,表面干净,无杂质颗粒存在;1250℃氧化4h,SiC颗粒棱角钝化形状变的圆滑。表面形成了SiO2层提高了SiC和Al的润湿性及SiC颗粒的分散性,同时能进一步阻碍了Al4C3的生成。  对铸态复合材料进行透射电镜观察发现,酸洗SiC颗粒增强的复合材料界面干净,有块状的Al2Cu相呈点状分布在界面上,这种分布状态可以提高界面机械结合强度,预氧化SiC颗粒增强的复合材料界面上准连续分布着较多细小的析出相。主要是SiO2和基体中的Al/Mg元素发生反应生成的MgAl2O4、Al2O3等反应相,提高了颗粒的润湿性。热挤压变形后,材料界面处的析出相种类和形态没有明显变化,热挤压过程中材料界面结合状态稳定;SiC颗粒分布更加均匀,SiC颗粒的贫化区减少;由于晶粒细化、材料致密化的作用以及位错密度的提高,挤压态复合材料的拉伸性能有了很大的提高。  挤压态复合材料的热压缩试验中发现,存在着连续动态再结晶和非连续动态再结晶,近界面区和远离界面区的再结晶方式不同。SiC颗粒与Al界面提供了更多非连续再结晶形核的位置,而在基体中两种再结晶方式均存在,450℃0.01s-1发生明显的再结晶。低温低应变速率时(350℃0.001s-1)界面脱粘现象较多,温度为400℃时,高或低应变速率,界面均无脱粘现象,界面结合良好。当温度为450℃,应变速率1s-1时存在少数界面脱粘,应变速率0.01s-1时无界面脱粘现象。  对复合材料进行高温热暴露发现,在495℃和550℃下热暴露20h,材料的强度降低,在550℃热暴露20h时延伸率明显的提高。600℃热暴露20h界面发生明显的破坏材料拉伸强度和延伸率均明显下降。观察时效处理拉伸试样的断口,发现欠时效和过时效时,基体强度提高程度适中,变形协调界面脱粘现象少,界面结合良好;而峰时效时基体合金强度提高较大,变形不协调导致界面脱粘现象较多。
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