SiC顆粒增強(qiáng)Mg-Zn-Ca-Mn鎂基復(fù)合材料組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文采用半固態(tài)渦流攪拌鑄造法制備了 SiC顆粒平均尺寸為10μm的體積分?jǐn)?shù)分別為5％、10%和15%SiCp/Mg-Zn-Ca-Mn鎂基復(fù)合材料。為了進(jìn)行對比，本文采用相同的凝固工藝制備了 Mg-Zn-Ca-Mn鎂合金，并且對 Mg-Zn-Ca-Mn基體合金和三種不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料在不同溫度下進(jìn)行熱擠壓。采用金相顯微鏡，掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對材料的顯微組織進(jìn)行了觀察，并對材料的室溫和高溫力學(xué)性能進(jìn)行了測試。
　　研究

2、結(jié)果表明：鑄態(tài)基體合金的晶粒尺寸粗大，第二相主要沿晶界呈網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致力學(xué)性能較差。隨著 SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大，鑄態(tài)復(fù)合材料的晶粒尺寸明顯減小，15vol.% SiCp/Mg-Zn-Ca-Mn復(fù)合材料的晶粒尺寸約為20μm，約為基體合金的1/5。由掃描觀察可知，在 SiC顆粒表面包覆著大塊第二相，該第二相弱化了基體與顆粒之間的界面結(jié)合，并且隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大，第二相含量減少，SiC顆粒抑制了第二相析出。由透射觀察可知，SiC顆粒

3、與基體之間的界面處沒有產(chǎn)生明顯的反應(yīng)產(chǎn)物，但在 SiC顆粒表面有尺寸細(xì)小的第二相析出，經(jīng)過衍射斑點(diǎn)標(biāo)定可確定該第二相為脆性的Ca2Mg6Zn3相。鑄態(tài)復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度和彈性模量隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大均有大幅度提高，而延伸率與基體合金相比明顯降低。
　　熱擠壓可以顯著細(xì)化 Mg-Zn-Ca-Mn鎂合金的晶粒尺寸，顯著提高了Mg-Zn-Ca-Mn鎂合金的室溫力學(xué)性能。隨著熱擠壓溫度的升高，合金的再結(jié)晶逐漸完全，再結(jié)晶晶粒尺

4、寸逐漸增大，導(dǎo)致擠壓態(tài)合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸降低，但是延伸率逐漸增大。經(jīng)熱擠壓后，合金中的第二相沿?cái)D壓方向呈帶狀分布。
　　經(jīng)熱擠壓后，復(fù)合材料中SiC顆粒分布得到改善，并且隨著擠壓溫度的升高改善效果越明顯。復(fù)合材料的晶粒尺寸隨著擠壓溫度的升高逐漸增大。隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)增大，復(fù)合材料中第二相含量逐漸減少。熱擠壓顯著提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能，但是擠壓溫度對不同體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料的影響規(guī)律并不相同。這主要是由于復(fù)合材料中顆粒的分布

5、狀態(tài)，晶粒尺寸，擠壓誘發(fā)顆粒斷裂，第二相含量和分布狀態(tài)以及織構(gòu)等因素綜合作用對其力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。5vol.%復(fù)合材料在300℃擠壓后第二相分布均勻、彌散，彌散強(qiáng)化效果顯著，導(dǎo)致力學(xué)性能最好；10vol.%復(fù)合材料在250℃擠壓后存在少量的未再結(jié)晶晶粒，晶粒內(nèi)含有高密度位錯(cuò)，強(qiáng)度最高；晶粒尺寸和擠壓誘發(fā)顆粒斷裂對15vol.%復(fù)合材料的力學(xué)性能影響較大，在250℃擠壓后顆粒斷裂明顯導(dǎo)致性能較差，而在300℃擠壓后晶粒尺寸較小，力學(xué)性