搅拌铸造SiCp/2024复合材料热挤压-轧制变形组织及性能

利用搅拌铸造-热挤压-轧制工艺制备SiCp/2024复合材料薄板。通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)及力学测试等手段研究了该复合材料在铸态、热挤压态及轧制态下的显微组织及力学性能,分析了材料在塑性变形过程中显微组织及力学性能的演变。结果表明,该复合材料铸坯主要由80～100μm的等轴晶组成,粗大的晶界第二相呈非连续状分布,SiC颗粒较均匀地分布于合金基体中;热挤压变形后,晶粒沿挤压方向被拉长,SiC颗粒及破碎的第二相呈流线分布特征;轧制变形后,基体合金组织进一步细化,晶粒尺寸为30～40μm,SiC颗粒破碎明显,颗粒分布趋于均匀,轧制变形对挤压过程中形成的SiC颗粒层带状不均匀组织有显著的改善作用。数学概率统计指出,塑性变形有利于提高颗粒分布的均匀性。力学测试表明,塑性变形后,复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率显著提高。SiCp/2024铝基复合材料主要的断裂方式为:合金基体的延性断裂、SiC颗粒断裂及SiC/Al界面脱粘。     

SiCP/Al复合材料力学性能及显微结构分析

采用粉末冶金 热挤压法制备了10%SiCP/6066Al(体积分数)复合材料.对材料拉伸性能进行了研究,并利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜对微观组织结构进行了观测.实验结果表明:SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀;T6热处理条件下10%SiCp/6066Al复合材料的抗拉强度和屈服强度分别约为430.5、354.1MPa,其延伸率为5%,弹性模量为84.5GPa.加入SiC颗粒后合金基体晶粒细化同时位错密度提高,位错强化和细晶强化在SiCP/Al复合材料的强化机制中起了主要作用.     

SiC晶须对SiCw/6061Al复合材料拉伸和压缩变形行为的影响

通过试验研究了SiCw/6061Al复合材料和6061Al基体的拉伸和压缩变形行为.结果表明,SiCw/6061Al复合材料和6061Al的拉伸变形行为相同,而压缩变形曲线上出现应力峰,这与不同应力状态下SiC晶须的转动有关.拉伸时SiC晶须逐渐转向与外力平行方向使SiCw/6061Al复合材料的应力增大,而压缩时SiC晶须转向与外力垂直方向使其应力减小,而不是由动态再结晶引起.     

高阻尼铝基复合材料的研究

采用包套挤压法制备了高阻尼6061Al/SiCp/ 石墨混杂金属基复合材料,并对所制备的复合材料的金相组织、力学和阻尼特性进行了初步分析。包套挤压法制备的6061Al/SiCp/石墨混杂金属基复合中增强增阻颗粒分布均匀,其体积分数可精确控制。SiC颗粒作为增强剂能够增大复合材料的强度和刚度,而石墨粉作为增阻剂可以提高复合材料的阻尼特性。试验结果表明,能够应用包套挤压法制备力学性能和阻尼特性符合定要求的新型结构－功能材料－6061Al/SiCp/石墨混杂金属基复合材料。     

SiCp/Al基复合材料的耐蚀性研究

用电化学方法和腐蚀失重法研究了2024Al和SiCp/2024Al基复合材料在3．5％NaCl水溶液中的耐蚀性,用电化学交流阻抗技术对它们的硫酸阳极氧化膜的耐蚀性进行了研究。结果表明,SiCp/2024Al复合材料在3．5％NaCl水溶液中比相应的基体金属有较大的腐蚀敏感性。SiCp/2024Al的阳极氧化膜耐NaCl溶液腐蚀能力不如2024Al合金的阳极氧化膜,是氧化膜中SiC颗粒的存在破坏了氧化膜的完整性和均匀性。     

碳纳米管增强2024铝基复合材料的力学性能及断裂特性

为了研究碳纳米管对铝基复合材料性能的影响,采用冷等静压、热挤压方法制备了质量分数1.0%的多壁碳纳米管增强2024Al基复合材料.采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验对复合材料的显微组织进行了观察和分析,并对其力学性能进行了测试.结果表明,碳纳米管均匀地分布在复合材料中,碳纳米管和铝基体的界面结合良好,没有发现界面产物Al4C3的形成;复合材料的断口上存在大量的撕裂棱,韧窝,并涉及碳纳米管的拔出或拔断与桥接,与2024Al基体材料相比,复合材料的硬度、弹性模量和抗拉强度显著提高,同时复合材料的延伸率却并不下降.碳纳米管的加入可以显著提高铝基复合材料的力学性能.     

SiCw/Al复合材料的大应变变形和再结晶

研究了对压铸SiCw/Al复合材料进行大应变变形及回复和再结晶的行为。对复合材料的塑性变形研究表明,挤压温度过高导致复合材料表面产生宏观裂纹;包覆挤压可有效地消除表面宏观裂纹;挤压比越大,晶须的定向排列和折断程度越大;提高挤压温度及采用流线型模具可减小晶须折断程度,并可提高复合材料的纵向抗拉强度;提高挤压比不能单调地增大纵向抗拉强度。挤压后T6处理可大幅度提高复合材料的强度。 对复合材料压缩变形时晶须行为研究表明,基体金属不均匀流动导致晶须的转动,晶须转动受晶须排列和晶须与基体的约束影响;晶须的折断是由于晶须与基体变形不协调的结果。 对复合材料的再结晶研究表明,冷变形复合材料基体为形变亚晶,晶内位错呈胞状结构。冷轧15％SiCw/L3复合材料的再结晶起始温度为200℃。高体积分数晶须的存在促进了回复,导致连续再结晶和不连续再结晶同时发生。晶须端部和侧面是有利的非连续再结晶形核场所。与基体金属相比,复合材料的形变织构和再结晶织构被弱化,主要织构组分强度也与基体金属不同。溶质原子使冷变形复合材料的再结晶过程延迟。时效析出相与晶须促进复合材料退火时发生连续再结晶。     

SiCw/6061Al复合材料冲击破坏行为

本文用夏比冲击试验(Instrumented Charpy Testing)与SEM断口分析研究了SiCw/6061Al复合材料的冲击破坏行为.与SiCw是混乱分布的铸态SiCw/6061Al复合材料相比,挤压变形后材料的冲击韧性明显提高.热挤压变形改善了材料的性能.研究观察发现了分层开裂的现象.本文详细讨论了SiCw/6061Al复合材料的冲击断裂方式、比较了变形前后冲击破坏方式的差异,并分析了热挤压变形后韧性提高的原因.     

SiCw／AZ91镁基复合材料的组织及拉伸性能

对高压铸造方法制备的SiCw/AZ91镁基复合材料和AZ91材料的压铸态、挤压态的显徽组织进行了观察分析,并对其拉伸性能进行了测试。结果表明,铸态复合材料中SiC晶须呈混乱分布。而挤压态复合材料中SiC晶须转向挤压方向分布。拉伸试验证明,复合材料的拉伸强度均较基体合金有较大的提高,挤压态的拉伸强度均较铸态有所提高。     

高体积分数SiCp/Al复合材料的微观组织与导热性能

选用两种粒径的SiC颗粒，采用挤压铸造方法制备了体积分数为70％的SiCp／LD11（Al-12％Si）复合材料，研究了材料的微观组织和导热性能．研究表明：复合材料组织均匀、致密；SiC—Al界面干净，而基体中的Si相分别存在从铝中直接析出和依附SiC颗粒表面生长这两种分布形态；复合材料导热性能优异，其导热率大于基体LD11铝合金的导热率．     

包套热挤压SiCp/6066铝基复合材料断裂机制和强化机制的研究

采用包套热挤压工艺制备了不同体积分数SiC颗粒增强的6066铝基复合材料,结合其断口形貌及微观组织,分析了材料的断裂机制及抗拉强度和屈服强度随SiC增强颗粒体积分数变化的规律.结果表明,材料的断裂机制为颗粒与基体间的界面脱粘以及SiC团聚体的脆性开裂.当SiC颗粒的体积分数小于12%时,随着SiC颗粒增强相的增加,SiCp/6066铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度增加.当SiC颗粒的体积分数大于12%时,材料的强度增加减缓或略有下降,其主要强化机制是位错强化和弥散强化.     

变形温度对SiCW/6061Al复合材料压缩变形期间基体金属流动和晶须重新取向的影响

借助观察和分析变形前后晶须取向和试样形状的变化，研究了晶须呈定向排列的SiCw/6061Al复合材料压缩变形期间金属流动和晶须重新取向的现象。研究结果表明，由于晶须的定向排列，SiCw/6061Al复合材料压缩变形期间基体金属的流动和晶须的重新取向强烈地依赖于变形温度。在较高温度压缩变形时，基体金属可以更均匀地流动，此时晶须是否发生重新取向与变形时环状和柱状试样的应变场有关；在较低温度变形时晶须不发生重新取向。     

热反挤压变形对n-SiC_p/2024复合材料组织与性能的影响

利用半连续铸造-热反挤压工艺制备了n-SiCp/2024复合材料棒材。通过金相组织观察(OM)、扫描电镜(SEM)、室温力学性能以及电导率测试等手段,研究了该复合材料在热反挤压前后的显微组织、力学性能与电导率的变化情况。结果表明:复合材料铸锭中粗大第二相沿晶界非连续分布,Cu、Mg元素偏聚显著,大多数n-SiCP偏聚在晶界处,少量分布在晶内;热挤压变形后,n-SiCp团聚现象显著消除,Cu、Mg元素及n-SiCP分布趋于均匀,n-SiCp及破碎第二相沿热挤压方向呈纤维状分布;拉伸实验结果表明,热挤压后复合材料的强度及塑性显著提高;热挤压后,复合材料的电导率低于基体合金。     

SiC2(W)增强 Al 合金疲劳失效的特征

用扫描电镜观察了 SiC 晶须增强 Al 基复合材料疲劳裂纹的形成扩展特征,研究了 SiC 晶须分布、晶须与基体界面及基体中的缺陷对疲劳裂纹形成的影响。     

基体合金种类对SiCw／Al复合材料拉伸性能的影响

对SiCw/LD2、SiCw/LC9复合材料进行了热挤压加工并沿其纵向进行了拉伸对比试验。结果表明:SiCw/LD2的抗拉强度为590MPa,而SiCw/LC9复合材料的抗拉强度高达750MPa。SEM分析发现,上述两种复合材料均为切应力作用下的韧窝形断口,但SiCw/LD2的断口有明显的晶须拔出。低于临界长径比的晶须被拔出是SiCw/LD2断裂的主要形式;高于临界长径比的晶须被拉断是SiCw/LC9断裂的主要形式;基体合金的不同导致了复合材料具有不同的晶须临界长径比,这也是SiCw/LC9复合材料较SiCw/LD2复合材料有更高抗拉强度的根本原因。     

碳化硅颗粒和晶须增强铝锂基复合材料

综述了近年来碳化硅颗粒(SiCp)和碳化硅晶须(SiCw)增强铝基复合材料的发展,尤其是铝锂基复合材料的发展。SiC/Al复合材料的制造方法有铸造法、粉末冶金法、溅射沉积法等。碳化硅和铝的界面结合良好,由于碳化硅和铝的热膨胀系数相差六倍,因而在生产及热处理过程中收缩差所产生的错配应变会在基体中产生大量位错。人们认为,高密度的位错是SiC/Al强化的主要因素。     

SiC 晶须含量对 SiCw/2024Al 复合材料性能的影响

本文采用粉末冶金法制备了 SiCw/2024Al 复合材料,并对其性能及微观结构进行了研究。试验表明:这类复合材料具有可设计性,通过改变 SiC 晶须的加入量可获得不同的力学和物理性能。这类复合材料具有良好的高、低温性能及热稳定性。在 SiC 晶须的界面处存在θ(Al_2Cu)沉淀相的析出。     

热处理过程中SiCP/2024Al复合材料的热应力分析

为研究热处理过程中SiCP/2024Al复合材料的热应力的变化规律,及热处理工艺对SiCP/2024Al复合材料热残余应力的影响,利用Marc有限元软件对淬火和冷热循环热处理过程中的SiCP/2024Al复合材料的热应力进行了数值模拟.研究结果表明:热处理过程中,颗粒和基体的界面附近会产生很大的热应力场,并且在SiC颗粒的尖角处产生热应力集中;经淬火处理后的SiCP/2024Al复合材料的热残余应力与基体的屈服强度接近,但经过冷热循环处理后的SiCP/2024Al复合材料中的热残余应力明显降低.     

正挤压对SiCw/6061Al晶须形貌的影响

为了研究正挤压加工对SiCw/6061Al复合材料晶须形貌的影响规律,通过改变挤压温度、挤压比等工艺条件正挤压成形了挤压铸造法制备的15vol.%SiCw/6061Al复合材料,利用SEM技术观察和分析了正挤压加工前后复合材料的微观组织形貌.研究表明:正挤压加工导致SiC晶须沿着复合材料的塑性流动方向呈现出一定程度的定向排列趋势,并伴随有比较明显的折断现象;挤压温度、挤压比等工艺参数都是影响SiC晶须形貌的主要因素.     

制备工艺对铝基复合材料增强体颗粒分布均匀性的影响

采用高能球磨法混料和低温快速热挤压相结合的粉末冶金工艺制备了SiCp/6066Al复合材料,研究了制备工艺对增强体颗粒分布均匀性的影响.结果表明:高能球磨法混料是显著改善增强体颗粒形貌、细化增强体颗粒粒度,在基体更小的微区域中实现增强体颗粒数量分布均匀性的最有效混料方法;低温快速热挤压利用基体的较低塑性和强大物理变形量使增强体颗粒进一步细化,得到的细小等轴颗粒更易随着基体的塑性流动而呈弥散均匀分布,进一步改善或消除微区域内增强体颗粒的偏聚或尽可能降低偏聚的程度.两种方法相结合是实现增强体颗粒微观分布均匀性的最有效方法.