镁铝钛层状复合板制备工艺与性能研究

发布时间：2017-10-09 06:30

  本文关键词：镁铝钛层状复合板制备工艺与性能研究

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【摘要】：本文制备镁铝钛复合板的方法为热轧复合法,制备出不同叠层顺序、不同厚度比的镁铝钛复合板从而对比选出最优镁铝钛复合板的叠层结构,然后设计镁铝钛复合板轧制工艺,轧制温度为350oC、400oC、450oC,轧制压下量为20%、30%、40%、50%,退火温度为200oC、300oC、400oC,然后利用金相显微镜、显微硬度计、拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射分析等分析技术,研究叠层顺序、厚度比、热轧温度和轧制压下量、退火温度对复合板性能和组织的影响,得到如下结论:对比Al/Mg/Ti、Mg/Al/Ti、Al/Ti/Mg三种叠层顺序轧制复合的板材性能,实验发现叠层顺序为Al/Mg/Ti时,轧制复合十分困难,甚至出现宏观断裂失效。叠层顺序为Mg/Al/Ti的复合板同比条件下,性能优于其他叠层顺序。在不同厚度比情况下,本研究发现材料在初始板中的占比越高时,其形变对总形变贡献就越高。Ti层在总形变中比例较小,仅占很小一部分(低于10%),而Al、Mg层约占了总形变的90%,轧制复合后的Mg/Al/Ti复合板的力学性能符合复合板理论强度公式,因此hMg:hAl:hTi=2:2:1时,Ti层的占比相对另外2种的占比更高,因此其力学性能也是最好的。在不同轧制温度条件下,观察低倍显微金相图,可以发现Mg/Al界面、Al/Ti界面都较为平直,同时可得出随着温度上升复合的界面越趋平直,各层变形越趋协同,结合界面也越优异。在本文实验条件下,350oC和400oC下轧制复合得到的复合板中Mg层呈现出明显的热轧态金相组织,而当轧制复合在450oC下进行时,得到的Mg层具有动态再结晶组织,因此综合比较得出在450oC的轧制温度条件下,复合板的力学性能和界面组织都比较优异。在轧制温度450oC条件下,采用不同轧制变形量制备Mg/Al/Ti三层复合板,20%压下轧制的复合板出现了Al/Ti界面部分未结合的现象,压下量为30%时,Mg/Al界面、Al/Ti界面都较为平直,然而随着压下量大于40%时,中间层铝开始出现局部颈缩现象。温度为450oC压下量为40%时板材的拉伸力学性能达到最好,抗拉强度为521MPa,延伸率为15.9%,Mg/Al和Al/Ti界面结合强度分别为55.2MPa,68.5MPa。随着退火温度的升高,复合板的强度略有下降,而延伸率在200oC到300oC逐渐升高,300oC到400oC时出现下降趋势,通过XRD分析发现,退火温度为200oC时,Mg/Al界面不会生成金属间化合物,退火温度为300oC时,Mg/Al界面会出现Al3Mg2这种金属间脆性化合物,随着温度上升到达400oC,此界面会出现大量Al3Mg2、Al12Mg17、Mg2Si等多种金属间脆性化合物。利用线能谱分析手段可知,在退火温度为400oC时,界面层的厚度便急剧增加达到59.8μm。在400oC退火1h后Al和Ti层的断口上发现大量的韧窝,其断裂方式为韧性断裂。Mg层的断口形貌是由河流状的解理花样组成,即脆性断裂。从Mg/Al界面的断口形貌显示,从Al到Mg之间为混合断裂现象,既有韧性断裂特征,又有脆性断裂特征,在Al层出现大量韧窝,然而靠近结合界面处却发生了脆性断裂,Mg层出现了明显的解理断裂特征。综合以上分析,可知镁铝钛复合板应该选择200oC低温退火。
【关键词】：镁铝钛复合板 轧制复合 热处理 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.81
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景和研究意义9-12
• 1.1.1 引言9-10
• 1.1.2 TC4钛合金10
• 1.1.3 AA6061铝合金10
• 1.1.4 AZ31镁合金10-11
• 1.1.5 镁铝钛层状复合材料11-12
• 1.2 金属层状复合材料的研究现状12-15
• 1.2.1 层状复合板制备方法12-13
• 1.2.2 层状复合板的复合机理简介13-15
• 1.3 研究目的与研究内容15-16
• 1.3.1 研究目的15
• 1.3.2 研究内容15-16
• 2 实验材料及方法16-22
• 2.1 实验材料16
• 2.2 实验设备16-17
• 2.3 实验方案17-18
• 2.4 实验步骤18-22
• 2.4.1 轧前板材表面预处理18-19
• 2.4.2 轧制复合19
• 2.4.3 退火处理19
• 2.4.4 连接界面的观察19-20
• 2.4.5 硬度试验20
• 2.4.6 复合板力学性能和界面结合强度的测定20-22
• 3 镁铝钛复合板结构设计与轧制工艺研究22-44
• 3.1 镁铝钛复合板结构设计22-37
• 3.1.1 表面预处理及板材铆接22-25
• 3.1.2 叠层顺序25-33
• 3.1.3 厚度比33-37
• 3.2 轧制工艺对复合板的影响37-42
• 3.3 本章小结42-44
• 4 退火工艺对复合板的影响44-53
• 4.1 退火温度对复合板的影响44-51
• 4.1.1 退火温度对复合板拉伸和界面结合性能的影响44-47
• 4.1.2 退火温度对结合界面的影响47-50
• 4.1.3 退火温度对复合板断.影响50-51
• 4.2 本章小结51-53
• 5 结论53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-61
• 附录61
• A. 攻读硕士学位期间发表的论文目录61
• B. 攻读硕士学位期间的申请专利61

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本文编号：998680