Al-Al2O3復(fù)合材料偽半固態(tài)觸變模鍛力學(xué)行為及性能研究.pdf

1、隨著復(fù)合材料科學(xué)的研究與進(jìn)展，復(fù)合材料的制備方法越來(lái)越引起科學(xué)工作者的關(guān)注，其中金屬增韌的復(fù)合材料由于其優(yōu)良的綜合性能而逐漸成為復(fù)合材料制備工藝中的重要研究對(duì)象。傳統(tǒng)的Al/A12O3復(fù)合材料成形一般采用粉末冶金法、直接氧化和液態(tài)金屬浸滲等工藝。但是這些工藝方法存在致密性差、制品的尺寸和形狀受到限制或者工序復(fù)雜、成份不易控制等缺點(diǎn)。因此尋找一種能夠快速成形致密性好、形狀復(fù)雜制件的成形工藝便成為必然。
　　本文在傳統(tǒng)粉末成形理論的基

2、礎(chǔ)上，結(jié)合半固態(tài)金屬成形理論，提出了Al/A12O3復(fù)合材料偽半固態(tài)觸變模鍛工藝制備金屬增韌復(fù)合材料的新工藝。其主要研究?jī)?nèi)容是選擇兩種熔點(diǎn)相差較大的物相，研究其相互潤(rùn)濕性及改善措施；進(jìn)行物相均勻混合與壓制，研究坯料的組織結(jié)構(gòu)及致密性；通過(guò)二次加熱重熔，研究其微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其對(duì)坯料流變性、觸變性以及高溫力學(xué)行為的影響；選擇合適的典型件進(jìn)行觸變模鍛成形，研究坯料在觸變模鍛成形下的流動(dòng)和充填等工藝特性；最后對(duì)成形件進(jìn)行微觀組織組織、力學(xué)性能及

3、摩擦磨損性能分析，研究該工藝的實(shí)用性以及應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)上述研究，得到以下結(jié)論：
　　通過(guò)對(duì)A12O3材料的表面改性處理以及添加第三種合金元素的方法成功的對(duì)Al/A12O3復(fù)合材料界面潤(rùn)濕性進(jìn)行改善；在沒(méi)有添加其它添加劑的情況下，利用模壁潤(rùn)滑技術(shù)以及合理的模具設(shè)計(jì)，對(duì)混合粉末進(jìn)行單向冷壓制坯，并在一定的溫度和壓力下利用單向壓制的方法制備出微觀組織均勻、致密性良好以及具有一定強(qiáng)度的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的偽半固態(tài)觸變模鍛坯料，其相對(duì)密度可達(dá)92

4、.7％，抗彎強(qiáng)度可達(dá)250MPa。
　　通過(guò)對(duì)Al/A12O3復(fù)合材料偽半固態(tài)等溫壓縮實(shí)驗(yàn)，揭示了Al/A12O3復(fù)合材料在偽半固態(tài)溫度下的真實(shí)應(yīng)力—真實(shí)應(yīng)變的變化規(guī)律，說(shuō)明該材料在偽半固態(tài)溫度下流動(dòng)應(yīng)力較低，具有較強(qiáng)的變形協(xié)調(diào)能力和應(yīng)變速率敏感性。且由于微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在，使其具有明顯“剪切變稀”效應(yīng)，說(shuō)明其具有觸變性。
　　利用上述實(shí)驗(yàn)及理論研究成果，在不同的工藝參數(shù)下進(jìn)行了Al/A12O3復(fù)合材料杯形件偽半固態(tài)觸變模鍛

5、試驗(yàn)。力學(xué)性能測(cè)試、微觀組織觀察以及摩擦磨損試驗(yàn)表明，在偽半固態(tài)溫度下坯料充填性良好，復(fù)合材料杯形件抗彎強(qiáng)度可達(dá)570～654MPa，斷裂韌性可達(dá)9.3～19.8MPa·m1/2，維氏硬度值可達(dá)655～730HV。通過(guò)摩擦磨損試驗(yàn)揭示出復(fù)合材料的磨損機(jī)制主要是磨粒磨損、粘著磨損和氧化磨損，并且隨著摩擦載荷的減小、觸變模鍛壓力和溫度的增加，復(fù)合材料的磨損量和摩擦系數(shù)逐漸減小，其中杯形件的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性以及摩擦磨損性能