高體積分?jǐn)?shù)SiCp-Al復(fù)合材料三向約束變形工藝及組織性能研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的塑性成型是減少材料微觀缺陷,提高性能,減少加工余量的理想手段,然而由于顆粒體積分?jǐn)?shù)增加之后基體連續(xù)性變差,難以二次塑性成型,至今未發(fā)現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料大塑性變形的研究報(bào)道。
　　本文以體積分?jǐn)?shù)為45％的SiCp/Al復(fù)合材料為研究對(duì)象,采用一種新的變形方法—三向約束變形方法實(shí)現(xiàn)了SiCp/Al復(fù)合材料的大塑性變形,分析了三向約束變形對(duì)復(fù)合材料組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　首先對(duì)SiCp/

2、Al復(fù)合材料進(jìn)行了高溫單向壓縮試驗(yàn),在所選溫度(300～610℃)和應(yīng)變速率(0.0005～0.1s-1)范圍內(nèi),SiCp/Al復(fù)合材料高溫壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈彈性階段、加工硬化階段和應(yīng)變軟化階段三段的變化特征。溫度和應(yīng)變速率是影響壓縮最大變形抗力和極限變形量的主要因素。隨溫度升高,最大變形抗力呈指數(shù)關(guān)系下降;應(yīng)變速率越大,變形抗力越大,但隨溫度升高,應(yīng)變速率對(duì)變形抗力的影響逐漸變小。實(shí)驗(yàn)確定了SiCp/Al復(fù)合材料最佳熱變形工藝參數(shù)為

3、505℃,0.005s-1。
　　根據(jù)DTA分析結(jié)果以及溫度對(duì)變形抗力的影響,將試驗(yàn)所選溫度分為低溫區(qū)(300～400℃)、中溫區(qū)(425～505℃)、高溫區(qū)(530～610℃)三個(gè)溫度區(qū)間,分別求得了復(fù)合材料的變形激活能和流變應(yīng)力方程,其變形激活能分別為328.6 kJ/mol,385.9kJ/mol和842.5kJ/mol。在有液相存在的情況下,變形激活能要高出很多,這意味著復(fù)合材料在不同的變形溫度下其變形機(jī)理是不同的。

4、>　　本文提出并設(shè)計(jì)了三向約束變形這種新的變形方法,即通過(guò)三個(gè)方向的約束,使復(fù)合材料在變形過(guò)程中始終受到三向壓應(yīng)力,這樣抑制裂紋過(guò)早產(chǎn)生,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的大塑性變形。通過(guò)高溫壓縮試驗(yàn)確定的三向約束變形的試驗(yàn)參數(shù),對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料進(jìn)行變形試驗(yàn)得到了表面光滑完整的試樣,其最大變形量達(dá)到70%。在三向約束變形過(guò)程中,采用不同的約束包套材料,分析了約束力不同對(duì)變形結(jié)果的影響,試驗(yàn)表明,采用低強(qiáng)度的純鋁包套約束可以使復(fù)合材料變形更加均勻

5、,所需壓力也較小;而采用高強(qiáng)度的2024鋁合金包套約束所需壓力增大,同時(shí)材料在相同的變形量下更加的致密。
　　對(duì)超聲檢測(cè)確定為三級(jí)品的復(fù)合材料進(jìn)行了三向約束致密化處理,比較三向約束變形前后復(fù)合材料的組織性能發(fā)現(xiàn),三向約束變形對(duì)復(fù)合材料的致密度提高有很大貢獻(xiàn),在變形量為69%的條件下,可以達(dá)到接近理論密度的程度。通過(guò)透射電鏡觀察,變形后的復(fù)合材料組織中位錯(cuò)密度大大增加,析出相更加的細(xì)小彌散,在變形組織中還觀察到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。同時(shí),