SiC颗粒增强铝基复合材料的热变形行为研究
发布时间：2021-12-02 18:16
非连续增强铝基复合材料（DRA）的难加工性一直是制约其成本并限制其广泛应用的一个关键因素。在热变形加工过程中,由于硬质增强相的加入严重阻碍了基体的塑性流动,而且提高了变形抗力。若加工参数控制不当,很容易引起增强相颗粒在局部区域的分布不均匀,或产生界面脱粘、孔洞、裂纹等损伤。但是DRA结构复杂、微观观察试样制备难的特点限制了其热变形行为研究的深入开展,目前的研究工作对于不同工艺路DRA的热变形机制认识并不十分全面。因此,针对不同工艺制备且组织结构存在差别的DRA在热加工过程中微观结构演化特征进行细致深入的研究非常必要。本文选取搅拌铸造法和粉末冶金法两种典型工艺制备的SiCp/Al复合材料为研究对象,通过热压缩实验较深入、系统地研究了两种工艺制备的SiCp/Al复合材料变形行为。首先发展了一种较精确的应力-应变速率拟合方法,提高了改进动态材料模型（MDMM）的求解精度。通过应变速率敏感指数（m值）图、温度敏感指数（s值）图与功率耗散系数（η值）图以及微观组织观察相结合,对热变形机制和微观组织演化行为进行了研究。另外,建立了唯象本构模型,结合位错动力学理论的物理本构模型,对复合材料热加工变形...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２纯铝（晶粒尺寸？１０阿）的变形机制图［６１］??１０??
迀移过程导致部分异号位错湮灭。而在动态回复过程中，细小的亚晶??仍然保持近似等轴状［９７］，随温度升高亚晶尺寸增大且胞壁厚度减小，而高角晶界??不会发生迁移。铝合金以动态回复机制变形后的结构特征如图１．３所示经过??高温压缩变形后大晶粒中的高晶晶界垂直于压缩方向排列，而在大晶粒内部形成??了大量尺寸均匀的细小等轴亚晶。??ＳＯｕｒｎ?赢＾邊魏遞??图１．３?Ａｌ－０．１％Ｍｇ合金在３５０?°Ｃ和０．２５?ｓ－１参数下变形（真应变为１）后的微观结构［９８］??Ｇｈｏｌｉｎｉａ等人［９９］通过对Ａｌ－３％Ｍｇ合金热变形微观组织结构的研宄，总结了??亚晶尺寸与应变和温度之间的关系。如图１．４（ａ）所示，随应变的增加亚晶尺寸基??本上保持恒定，而晶粒尺寸（髙角晶界）随应变增加而逐渐减小，在真应变约为??２时与亚晶尺寸接近，达到了亚晶极限尺寸。此后晶粒尺寸不再随应变量的增加??而发生显著变化。此外，如图１．４（ｂ）所示，晶粒和亚晶尺寸均随温度升高而显著??增大
图１．４?Ａｌ－３％Ｍｇ合金热轧变形过程中晶粒和亚晶粒尺寸随应变（ａ）及温度（ｂ）的变化［９９］??典型的动态回复变形应力－应变曲线特征为，升高到应力平台后达到稳定流??动状态，如图１．５所示，大致可以分为三个阶段：（ｉ）微应变阶段，应力升高很??快，开始出现加工硬化，位错增殖。（ｉｉ）均匀应变阶段，开始发生均匀塑性变形，??由于动态回复导致加工硬化率逐渐降低。这一阶段由于位错密度的升高导致流动??应力增大，同时回复的驱动也升高，生成了大量的低角晶界和亚晶。（出）稳态流??变阶段，加工硬化与ＤＲＶ作用达到平衡，流动应力近似为常数，并且位错密度??和亚晶结构也近似保持恒定。??ｓ??￡?＼?；??的?／？?Ｉ??０＞?／?ｉ?Ｉ??Ｍ｜｜??／ｉ！ｈ！?ｈｉ??ｔ?ｉ??Ｔｒｕｅ?ｓｔｒａｉｎ??图１．５典型的动态回复应力－应变曲线形态示意图??１．３．３．２动态再结晶??在达到高角晶界可以迁移的条件（升高温度或应变速率）后就可以发生动态??再结晶。Ｂｈａｔ等人％Ｈ人为动态再结晶后重构的晶界结构，有利于重新分布粉末??冶金法制备ＤＲＡ原始晶界处的缺陷。而且，动态再结晶会使流动应力降低，被??认为是ＤＲＡ热加工的最优化的条件％，８９，９（）］。但动态再结晶组织的强度一般要低??于动态回复组织。按照新晶粒生成方式的不同，动态再结晶可以分为连续和非连??续。??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于加工图的Al-9.0Mg-0.5Mn-0.1Ti合金的热变形行为（英文）[J]. 范才河,彭英彪,阳海棠,周伟,严红革. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(02)
[2]超声外场下SiCp/7085复合材料界面结合机理[J]. 李畅梓,张立华,李晓谦,黎正华,李瑞卿,董方. 中南大学学报(自然科学版). 2016(09)
[3]Hot deformation behaviour and processing maps of AA6061-10 vol.% SiC composite prepared by spark plasma sintering[J]. LI Xiao Pu,LIU Chong Yu,SUN Xiao Wei,MA Ming Zhen,LIU Ri Ping. Science China（Technological Sciences）. 2016(06)
[4]Hot Deformation and Dynamic Recrystallization Behavior of Austenite-Based Low-Density Fe–Mn–Al–C Steel[J]. Ya-Ping Li,Ren-Bo Song,Er-Ding Wen,Fu-Qiang Yang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(05)
[5]铝基复合材料的制备及应用进展[J]. 肖荣林,郑化安,付东升,李克伦,苏艳敏,吕晓丽. 铸造技术. 2015(05)
[6]复合材料在空间遥感器中的应用进展及关键问题[J]. 章令晖,陈萍. 航空学报. 2015(05)
[7]铸态AZ91D镁合金的动态再结晶动力学（英文）[J]. 徐岩,胡连喜,孙宇. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(06)
[8]Metallic Functionally Graded Materials:A Specific Class of Advanced Composites[J]. Jerzy J.Sobczak,Ludmil Drenchev. Journal of Materials Science & Technology. 2013(04)
[9]颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展[J]. 樊建中,石力开. 宇航材料工艺. 2012(01)
[10]高性能铝基复合材料的设计与加工技术[J]. 肖伯律,马宗义,王全兆,倪丁瑞,毕敬. 中国材料进展. 2010(04)
本文编号：3528935
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２纯铝（晶粒尺寸？１０阿）的变形机制图［６１］??１０??
迀移过程导致部分异号位错湮灭。而在动态回复过程中，细小的亚晶??仍然保持近似等轴状［９７］，随温度升高亚晶尺寸增大且胞壁厚度减小，而高角晶界??不会发生迁移。铝合金以动态回复机制变形后的结构特征如图１．３所示经过??高温压缩变形后大晶粒中的高晶晶界垂直于压缩方向排列，而在大晶粒内部形成??了大量尺寸均匀的细小等轴亚晶。??ＳＯｕｒｎ?赢＾邊魏遞??图１．３?Ａｌ－０．１％Ｍｇ合金在３５０?°Ｃ和０．２５?ｓ－１参数下变形（真应变为１）后的微观结构［９８］??Ｇｈｏｌｉｎｉａ等人［９９］通过对Ａｌ－３％Ｍｇ合金热变形微观组织结构的研宄，总结了??亚晶尺寸与应变和温度之间的关系。如图１．４（ａ）所示，随应变的增加亚晶尺寸基??本上保持恒定，而晶粒尺寸（髙角晶界）随应变增加而逐渐减小，在真应变约为??２时与亚晶尺寸接近，达到了亚晶极限尺寸。此后晶粒尺寸不再随应变量的增加??而发生显著变化。此外，如图１．４（ｂ）所示，晶粒和亚晶尺寸均随温度升高而显著??增大
图１．４?Ａｌ－３％Ｍｇ合金热轧变形过程中晶粒和亚晶粒尺寸随应变（ａ）及温度（ｂ）的变化［９９］??典型的动态回复变形应力－应变曲线特征为，升高到应力平台后达到稳定流??动状态，如图１．５所示，大致可以分为三个阶段：（ｉ）微应变阶段，应力升高很??快，开始出现加工硬化，位错增殖。（ｉｉ）均匀应变阶段，开始发生均匀塑性变形，??由于动态回复导致加工硬化率逐渐降低。这一阶段由于位错密度的升高导致流动??应力增大，同时回复的驱动也升高，生成了大量的低角晶界和亚晶。（出）稳态流??变阶段，加工硬化与ＤＲＶ作用达到平衡，流动应力近似为常数，并且位错密度??和亚晶结构也近似保持恒定。??ｓ??￡?＼?；??的?／？?Ｉ??０＞?／?ｉ?Ｉ??Ｍ｜｜??／ｉ！ｈ！?ｈｉ??ｔ?ｉ??Ｔｒｕｅ?ｓｔｒａｉｎ??图１．５典型的动态回复应力－应变曲线形态示意图??１．３．３．２动态再结晶??在达到高角晶界可以迁移的条件（升高温度或应变速率）后就可以发生动态??再结晶。Ｂｈａｔ等人％Ｈ人为动态再结晶后重构的晶界结构，有利于重新分布粉末??冶金法制备ＤＲＡ原始晶界处的缺陷。而且，动态再结晶会使流动应力降低，被??认为是ＤＲＡ热加工的最优化的条件％，８９，９（）］。但动态再结晶组织的强度一般要低??于动态回复组织。按照新晶粒生成方式的不同，动态再结晶可以分为连续和非连??续。??１８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于加工图的Al-9.0Mg-0.5Mn-0.1Ti合金的热变形行为（英文）[J]. 范才河,彭英彪,阳海棠,周伟,严红革. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(02)
[2]超声外场下SiCp/7085复合材料界面结合机理[J]. 李畅梓,张立华,李晓谦,黎正华,李瑞卿,董方. 中南大学学报(自然科学版). 2016(09)
[3]Hot deformation behaviour and processing maps of AA6061-10 vol.% SiC composite prepared by spark plasma sintering[J]. LI Xiao Pu,LIU Chong Yu,SUN Xiao Wei,MA Ming Zhen,LIU Ri Ping. Science China（Technological Sciences）. 2016(06)
[4]Hot Deformation and Dynamic Recrystallization Behavior of Austenite-Based Low-Density Fe–Mn–Al–C Steel[J]. Ya-Ping Li,Ren-Bo Song,Er-Ding Wen,Fu-Qiang Yang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(05)
[5]铝基复合材料的制备及应用进展[J]. 肖荣林,郑化安,付东升,李克伦,苏艳敏,吕晓丽. 铸造技术. 2015(05)
[6]复合材料在空间遥感器中的应用进展及关键问题[J]. 章令晖,陈萍. 航空学报. 2015(05)
[7]铸态AZ91D镁合金的动态再结晶动力学（英文）[J]. 徐岩,胡连喜,孙宇. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(06)
[8]Metallic Functionally Graded Materials:A Specific Class of Advanced Composites[J]. Jerzy J.Sobczak,Ludmil Drenchev. Journal of Materials Science & Technology. 2013(04)
[9]颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展[J]. 樊建中,石力开. 宇航材料工艺. 2012(01)
[10]高性能铝基复合材料的设计与加工技术[J]. 肖伯律,马宗义,王全兆,倪丁瑞,毕敬. 中国材料进展. 2010(04)
本文编号：3528935
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