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本文通过挤压铸造碳化硅晶须增强镁基复合材料的挤压变形工艺研究,确定SiCw/Mg复合材料的最佳热挤压变形工艺。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、中予衍射以及硬度、拉伸、压缩试验等分析测试手段研究了SiCw/Mg复合材料挤压板材、棒材、管材及T型材的微观结构、织构和力学性能;利用加载热循环试验装置对铸态和挤压态SiCw/Mg复合材料进行了热循环试验,研究了SiCw/Mg复合材料组织结构和力学性能的影响。 SiCw/Mg复合材料的热挤压工艺研究表明:挤压温度和挤压速率过高均会导致复合材料表面出现宏观裂纹。SiC w/AZ91镁基复合材料的最佳挤压工艺为:挤压温度350-380℃,挤压速率为5-10mm/min。采用此工艺成功挤压了质量优良的SiCw/Mg复合材料棒材、板材、T型材和管材。 热挤压态SiCw/Mg复合材料中,基体镁合金和SiC晶须的界面结合良好。挤压铸造过程中形成的细小弥散界面反应物MgO未发生明显变化。挤压变形导致复合材料基体中位错密度增加,同时在碳化硅晶须附近的基体中发生再结晶,形成细小的再结晶晶粒。SiCw/Mg复合材料热挤压变形后,晶须产生明显的定向分布,晶须轴向近似与复合材料挤压方向平行,形成以<111>为轴的纤维织构;基体中形成了ED//<11(200>的典型丝织构。复合材料中基体合金的丝织构强度比未增强合金低,这可能是由于碳化硅晶须的加入,导致复合材料中基体合金的变形行为与未增强合金有所不同。挤压板材中基面织构的分散度要明显小于挤压棒材。由于挤压圆棒的应力应变为轴对称状态,基面的取向自由度较大,基面可绕挤压方向发生360°转动,基面法向沿TD方向偏转。而对于挤压板材,由于应力应变不对称,基面平行于挤压板面,基面的取向自由度较小。 SiCw/Mg复合材料热挤压变形后,其纵向屈服强度、抗拉强度和弹性模量均显著高于铸态材料。相同挤压变形温度和挤压速率条件下,其性能主要与挤压比有关,挤压比最大(24∶1)时SiCw/AZ91挤压板材的抗拉强度最大,达到559MPa;而挤压比最小(4∶1)时挤压T型材的抗拉强度最低,为438MPa。挤压比越大,晶须沿挤压方向的定向排布程度越大,基体合金中丝织构越强,晶粒尺寸越细,相应使强度和模量越高。与挤压态镁合金一样,平行于挤压方向变形时,挤压态SiCw/Mg复合材料的压缩屈服强度也明显低于拉伸屈服强度。但复合材料的拉压屈服强度的比值即σ0.2(拉伸)/σ0.2(压缩)比未增强的基体合金小。这主要是由于碳化硅晶须的加入,导致基面平行于挤压方向的织构减弱,在一定程度上抑制了孪晶的形成,使得孪生在压缩变形中的作用有所减弱。 加载热循环后,铸态SiCw/AZ91和SiCw/MB15镁基复合材料的力学性能变化趋势相似,拉伸性能的降低幅度均很小,复合材料保持了其优异的力学性能。复合材料的拉伸性能降低主要来自于基体合金微观结构的变化,即基体合金中析出相的粗化而导致的过时效,以及基体合金中发生的回复。加载热循环后,挤压态SiCw/AZ91镁基复合材料的抗拉强度和弹性模量的下降幅度较大,除基体合金过时效和形成回复亚结构外,复合材料界面结合强度的降低,也是导致热循环后挤压态复合材料拉伸性能降低的重要原因。挤压态复合材料中,平行于晶须长轴的复合材料界面处较大的内应力可能是导致界面结合强度下降的主要原因。