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颗粒增强镁基复合材料高温性能及热加工图研究

刘睿  
【摘要】: 近年来,随着世界能源危机和环境问题日益显著,汽车工业为了达到高效率,低排放和轻量化的要求,对性能优异的镁合金的应用已经达到了前所未有的地步。虽然镁合金的应用在汽车工业中已经越来越多,但是镁合金的耐热性能较差限制了其在汽车工业上的进一步应用。通过原位合成的方法向基体镁合金中加入增强相的方法可以有效改善镁合金的综合性能。然而,由于镁自身晶体结构的原因导致镁合金的加工性能很差。当硬质的陶瓷颗粒加入基体后,更加恶化了镁合金基体的加工性。因此,如何选用适当的热加工工艺,提高镁基复合材料的加工性能,从而改善复合材料的微观组织就成为研制和开发综合性能优越的镁基复合材料所面临的关键问题。本文的研究工作主要是针对上述问题进行的,分别通过研究高温流变行为和建立热加工图对颗粒增强镁基复合材料的热加工性能进行表征。研究主要结论如下: 铸态TiCp/AZ91D镁基复合材料在高温压缩变形过程中存在稳态流变特征,流变应力随着温度的升高,应变速率的降低而降低。在较低温度范围内,TiC颗粒强化效果明显。随着温度的升高,增强相对基体AZ91D合金的增强效果逐渐消失,其主要原因在于TiC增强颗粒的形成会诱发复合材料中AZ91D基体合金的动态再结晶的发生,从而削弱了位错强化的作用。 3vol.%TiCp/AZ91D镁基复合材料的热加工图表明,该复合材料在镁合金常见变形温度(250-400°C)和常见应变速率(10-3-8s-1)范围内出现两个动态再结晶区域和两个加工非稳区域。通过微观组织的观察,确定了两个非稳区域的主要失稳机制: (250-350oC, 10-0.5-10s-1)范围内是由绝热剪切造成的流变集中;(250-300oC ,10-2.5-10-1.5s-1)的中间区域是3vol.%TiCp/AZ91D镁基复合材料所特有的一个热加工失稳区,该区域是由于TiC颗粒诱发复合材料中AZ91D基体合金的动态再结晶的发生不均匀而造成增强颗TiC颗粒团聚严重,从而造成的流变失稳。 ?通过3vol.%TiCp/AZ91D复合材料的热加工图确定了复合材料的热挤压工艺参数,进行成功热挤压试验后,进一步验证了镁基复合材料的热加工图的准确性。通过热压缩及热压缩蠕变实验,对TiCp/AZ91D复合材料挤压态的高温压缩变形和高温压缩蠕变进行研究,发现热挤压工艺可以有效的提高镁基复合材料的高温压缩性能及高温蠕变性能,同时改善了铸态镁基复合材料高温强化失效。


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