粉末热挤压Mg2B2O5w/6061铝基复合材料的制备及性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mrchangmeng
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本文采用粉末热挤压法制备了Mg2B2O5w/6061铝基复合材料,分别对粉末的特性、致密化行为、复合材料的力学性能、高温变形规律及晶须的团聚行为进行了研究。  在粉末特性和致密化行为的研究过程中发现,球磨方式,球磨时间,以及球磨过程中晶须增强体的添加都对粉末特性和材料的致密化行为产生不同程度的影响:低能球磨过程中,粉末颗粒形貌从球状变为扁平状,晶须的添加加速了这种变化趋势,由于球磨后不规则表面形貌,粉末颗粒表现出更差的流动性;高能球磨在实现铝粉晶粒尺寸细化的同时,晶须的添加加速了整个球磨进程,粉末颗粒经历了焊合-断裂-焊合的变化过程,形貌从球状变化到扁平状,并最终形成近似等轴状的颗粒,同时晶须的添加使基体颗粒尺寸明显减小。  在单轴冷压过程中,高能球磨后的粉末颗粒能够更好的实现材料的致密化,而低能球磨后的材料由于晶须团聚程度的加剧,致密性降低。在Panelli和Ambrosio Filho方程中压缩实验数据得到了有效的线性拟合,并结合致密化参数值A从另一方面体现出不同状态下的粉末在预压过程中的塑性变形能力和能够达到的致密化程度。  通过挤压比对热挤压态铝基复合材料力学性能的研究表明:随着挤压比的增加,硼酸镁晶须的分散更加均匀化,但晶须的折断程度也呈递增趋势;热挤压过程促进了晶须的定向排布,随着挤压比的增加,复合材料的拉伸强度在挤压比为25:1时达到最佳值,延伸率随着挤压比的增加而降低。  通过晶须含量对热挤压态铝基复合材料力学性能的研究表明,挤压比25:1条件下制备的复合材料中,其综合力学性能在晶须含量为10vol.%时达到最佳值,延伸率随着晶须含量的增加呈线性下降趋势。当晶须含量大于10vol.%,材料内部出现晶须的团聚,并随晶须含量的增加而愈发严重。10vol.%Mg2B2O5w/Al复合材料经时效热处理后,力学性能得到进一步提高。材料的断裂形式主要以团聚晶须的断裂,晶须的脱粘和基体的塑性断裂三种形式为主。  高能球磨条件下,粉末热挤压制备得到的复合材料中,晶须的分布均匀,晶须含量的变化并未导致明显的晶须团聚,相比低能球磨条件下制备得到的铝基复合材料,其力学性能得到显著的提高,并随着晶须含量的增加,其强度进一步增加(热处理态20%Mg2B2O5w/Al,σb:506MPa,σ0.2:430MPa)。晶须添加加速了时效热处理进程,材料的断裂模式发生改变,更多以晶须增强体的断裂和基体的塑性断裂为主。  在复合材料高温变形规律研究过程中,通过热压缩实验,得到变形温度300~500℃,应变速率0.5~0.5×10-3s-1下材料的真应力-应变曲线。峰值应力与变形温度、应变速率之间的关系在低应力区、高应力区分别符合指数关系和幂指数关系,而在全应力区符合双曲正弦关系。晶须的加入使复合材料的 m、Q值均高于基体铝合金,复合材料的激活能为153.494 kJ/mol,变形机制为位错攀移控制的蠕变机制。  基于动态再结晶理论,通过流变应力数据值得到应变值为0.4和0.5的加工图,利用加工图确定了热变形的流变失稳区,获得试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数:热加工温度范围在400~450℃,应变速率范围为5×10-3~2×10-2s-1。  通过对粉末热挤压Mg2B2O5w/6061铝基复合材料的团聚行为研究表明,晶须团聚的出现同时与基体颗粒尺寸和增强体体积含量两个因素有关。基体平均粒径尺寸的增大使增强体晶须的不均匀分布和团聚现象愈发严重,随着基体颗粒粒径尺寸的增大,材料的力学性能呈近似线性下降趋势。采用面积法定性分析了复合材料中晶须的分布状况,在一定程度上很好的反映出不同参数下复合材料中增强体晶须分布的均匀化程度。  实验中提出的临界体积分数模型与材料微观组织和力学性能的变化规律相一致。团聚的晶须作为应力集中点,成为材料断裂的主要模式。热挤压态复合材料中,晶须团聚体的存在,使时效处理过程中细小强化相的析出明显减少,从而在很大程度上影响到材料的热处理效果。
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