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喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板高温拉伸变形与断裂行为研究

何玉松  
【摘要】: 非连续增强铝基复合材料因具有比重小、强度大、弹性模量高、耐磨及对环境稳定等优良综合性能,以至在航空、航天、汽车等现代技术领域有着极其广阔的应用前景,但由于大量脆性增强相的存在,铝基复合材料的室温断裂韧性以及可加工性都较差。本文在WDE-200拉伸机上采用单向高温拉伸试验,对喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材的高温变形和断裂行为进行研究,变形温度为300℃~450℃,应变速率为0.001~0.1s-1,使用Leitz MM-6卧式金相显微镜和JSM-6700F扫描电镜对其变形组织和拉伸断口进行观察。另外,通过对喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材分别进行固溶、固溶时效热处理,研究了热处理对其高温变形及断裂行为的影响。 1.喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材的流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而增加。变形初期,材料的流变应力随变形程度的增加,表现出明显的应变硬化趋势,其后由于发生软化抵消过程,增幅逐步缓慢,最终处于一定的稳态流变,直到材料发生断裂。 2.通过对喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材高温拉伸实验得到的流变应力的分析,材料的应变速率敏感系数m最大值仅为0.22,远低于超塑性材料;材料的延伸率随着变形温度的提高和变形速率的降低而提高,在应变速率为0.001s-1,变形温度为450℃可获得最大延伸率为71.07%。可用Power ?Arrhenius模型和温度补偿的应变速率因子Z参数值模型描述对喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材的高温变形行为,得到了材料流变应力本构方程:ε= 4.28×10~(14)σ~(5.06) exp( -332×10~3/RT) 3.对高温拉伸后SiC颗粒以及基体合金微观组织进行观察发现,在变形温度高和变形速率降低时,SiC颗粒分布较为均匀,且破碎程度大,颗粒得到细化。随着应变速率的增加,基体晶粒尺寸由粗大逐步细小,基体表面空洞增多;而随着变形温度的升高,基体晶粒逐渐变大,形核减少。晶粒沿平行于拉伸的方向被拉长。 4.经固溶、固溶时效热处理后喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材与热轧态时具有一致的流变应力变化规律,但材料所表现出来的硬化趋势减缓,断裂趋势则加快。材料的抗拉强度、屈服强度得到一定提高,这主要是固溶、沉淀、细化等强化的结果;材料的延伸率降低,但仍可保持10%以上,应变速率敏感系数m也逐步降低,而热激活能Q逐步提高,表明材料的可加工性变差,但综合性能得到提升。经过固溶热处理后在材料观察不到明显粗大的二相粒子,固溶时效热处理后,可在材料中观察到大量的椭圆状析出相以及细微的二次粒子。 5.通过对喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材的高温拉伸断口观察,研究了其高温断裂机理:颗粒断裂、从基体中拔出、颗粒与基体发生脱粘以及基体本身产生微裂纹,然后微裂纹扩展是材料发生最终断裂的主要原因。 通过对不同热处理状态喷射沉积7075Al/SiC_p复合材料板材高温拉伸后的断口对比观察发现,热轧态时韧窝深,底部观察不到二次析出相的存在,材料基体与颗粒发生比较明显的脱粘,而固溶、固溶时效热处理后断口韧窝逐步变小而浅,在韧窝底部可观察到大量二次相的存在,热处理后材料的断裂机理由而发生了变化。另外,可观察到大颗粒或颗粒聚集区易于发生破裂,这也是引起材料断裂的诱因。


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