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Mg_2B_2O_5W/AZ31镁基复合材料热压缩性能及其织构研究

郑再阳  
【摘要】:本文采用Gleeble3500热模拟仪对真空气压渗流法制备的Mg2B2O5w/AZ31镁基复合材料(晶须含量为5vol%)进行变形量为40%,变形温度分别为250℃、300℃、350℃、400℃,应变速率分别为0.001s~(-1)、0.01s~(-1)、0.1s~(-1)、1s~(-1)热压缩变形。研究了材料的热压缩应力应变行为。利用不可逆热力学原理,以动态材料模型为基础,计算得出了复合材料的加工图,并验证了加工图的有效性;根据加工图理论和显微组织观察,确定了复合材料的最佳塑性变形工艺参数;利用D2700x衍射仪测量了压缩试样的衍射强度,并通过Labotex3.0织构分析软件计算了织构的三维取向分布函数(ODF)和主要织构的极图(PF),分析了变形参数对织构变化的影响规律。 Mg_2B_2O_5w/AZ31复合材料的高温压缩流变行为研究结果表明:镁基复合材料的热压缩变形行为受应变速率、变形温度影响显著,并经历了加工硬化、动态回复和动态再结晶软化等阶段。应变速率一定时,复合材料的应力峰值随变形温度升高而降低,而在温度一定时,应变速率对复合材料应力峰值的影响则刚好相反。在温度为250~400℃和应变速率为0.001~1s~(-1)范围内变形时,材料的稳态流变应力符合双曲正弦模型,其材料参数和n分别为0.00981,5.16716,平均变形激活能Q为145.1867(KJ/mol)。结合所绘制的功率耗散效率图、流变失稳图,确定了复合材料在变形量为30%时的最佳热加工工艺参数。变形温度为360~400℃、应变速率为0.001~0.01s~(-1)时,耗散效率η值在45%左右,在这个区域内,复合材料可获得最大的塑性变形;当应变速率大于0.01s~(-1)时,整个温度范围内复合材料均处于流变失稳区域。 根据不同变形参数下的显微组织观察及硬度测试,验证了复合材料加工图的准确性和有效性。在最佳热加工区域,材料晶粒细小,组织均匀,而在流变失稳区域,材料出现了明显的裂纹。通过对压缩试样的横截面洛氏硬度值测试,结果表明:最大、最小洛氏硬度分别为65.04HRC、51.46HRC。在应变速率一定时,随着温度的升高,洛氏硬度值逐渐变小,变形温度一定时,随着应变速率的升高,洛氏硬度值同样也是逐渐变小。这和理论分析结果一致。 利用x衍射仪对材料的衍射强度进行测量然后对织构进行分析与计算,结果表明:压缩变形影响材料织构的强度,同时变形温度也影响织构的强弱,变形温度的增大,镁基复合材料的各向异性增强。在变形过程中,{0002}112_0基面织构始终为材料的主要织构,强度从10.3增加到12.7。当变形温度升高,材料非基面滑移系启动,{101_2}100棱锥面织构强度增加,强度从2.5增加到3.5。


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