热挤压变形对微纳双尺寸SiCp增强AZ61复合材料显微组织及力学性能的影响

发布时间：2020-04-24 11:22

【摘要】：本文采用超声辅助半固态搅拌铸造法成功制备出微纳双尺寸SiCp/AZ61镁基复合材料,研究了不同体积比的双尺寸Si Cp对基体合金显微组织和力学性能的影响规律。并利用热挤压变形系统地研究了挤压温度和挤压速率对6Vol.%Micro-Si Cp+1Vol.%nano-SiCp/AZ61(即5?m SiCp和60nm SiCp体积比为6:1,记作M-6+N-1)复合材料显微组织、织构和力学性能的影响规律,揭示了在热挤压过程中复合材料显微组织的演变规律。此外,对挤压态AZ61基体合金和M-6+N-1复合材料在同一温度和应力条件下进行了拉伸蠕变试验,研究了双尺寸SiCp的引入对合金蠕变性能的影响。测试分析了挤压态M-6+N-1复合材料在不同温度和应力条件下的蠕变性能,通过计算出应力指数n和蠕变激活能Q,探讨了该复合材料的蠕变机理。研究结果表明,加入双尺寸SiCp后,AZ61基体合金的晶粒明显细化,Mg_(17)Al_(12)相的分布得到明显改善。随着微米SiCp和纳米SiCp体积比的增大,纳米SiCp颗粒的团聚现象有所改善,复合材料的平均晶粒尺寸逐渐减小。铸态AZ61/SiCp复合材料的力学性能较AZ61基体合金明显提高,当微米SiCp和纳米Si Cp体积比为6:1时,复合材料的综合力学性能最佳,其中屈服强度(YS)为137.2MPa,抗拉强度(UTS)为194MPa,伸长率(EL)为4.5%。固溶态M-6+N-1复合材料经热挤压变形后,均发生了几乎完全的动态再结晶,其晶粒尺寸明显细化,SiCp的分布得到改善。随着挤压温度和挤压速率的升高,复合材料中基体晶粒和Mg_(17)Al_(12)析出相的平均尺寸呈现增加的趋势,而析出相的体积分数却逐渐降低。经热挤压后的M-6+N-1复合材料呈现出强烈的基面织构,织构强度主要受Mg_(17)Al_(12)析出相的影响。此外,复合材料的YS和UTS随着挤压温度和挤压速率的升高而降低,而其EL则随挤压温度的升高而增大,随挤压速率的升高先降低后升高。当挤压温度和速率分别为280℃和0.1mm/s时,获得的复合材料具有最佳的力学性能,其中YS为295MPa,UTS为360MPa,EL为9.5%。其主要的强化机制为晶粒细化导致的细晶强化以及亚微米析出相(Mg_(17)Al_(12))导致的Orowan强化。在448K/50MPa的蠕变条件下,挤压态M-6+N-1复合材料的抗蠕变性能明显优于挤压态AZ61基体合金。这表明双尺寸SiCp的引入能够有效提高材料的抗蠕变性能。通过分析挤压态M-6+N-1复合材料在(423K?473K)/(50MPa?70MPa)的蠕变行为,计算得出其应力指数和蠕变激活能分别为2.19?6.73和75.09?124.94 kJ/mol。复合材料的蠕变机制主要为受扩散控制的位错攀移机制和受晶界扩散控制的位错滑移机制。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB333

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本文编号：2638905