硼酸镁晶须增强镁基复合材料的高温变形行为研究

【摘要】：本文采用搅拌铸造工艺制备了低体积分数Mg_2B_2O_5w/AZ31B镁基复合材料，并对其高温压缩和热挤压变形行为进行研究。利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等，对高温变形后的显微组织进行观察，研究了晶须及基体合金在高温变形过程中的组织演化规律；通过X射线衍射仪研究了热挤压变形后复合材料的织构演变规律；利用万能试验机研究了挤压态复合材料的室温机械性能。 对铸态Mg_2B_2O_5w/AZ31B镁基复合材料在不同条件下进行高温压缩试验。结果表明，由于加工硬化作用和动态再结晶作用及晶须的共同影响，复合材料的峰值应力及与峰值应力对应的应变随变形温度的升高而降低，随应变速率的增加而增大；在试验范围内，幂指数及指数方程分别不适用于高应力和低应力状态，而双曲线函数形式方程可以用来描述变形温度、应变速率及应力之间的本构关系；复合材料的变形机制为晶格扩散控制的位错攀移蠕变机制。 对铸态Mg_2B_2O_5w/AZ31B镁基复合材料热压缩变形后的显微组织观察发现，复合材料中的组织包括孪晶、动态再结晶及以上两种混合出现的组织特征，其组织演化规律与变形温度、应变速率以及应变量密切相关。晶须对基体显微组织的影响包括两方面：一方面，变形过程中晶须阻碍位错运动，致使晶须周围的位错密度升高，提高再结晶形核率；另一方面，由于晶须与基体之间的变形不协调性，晶须周围容易产生应力集中而引发孪生变形。 对AZ31B镁合金及不同体积分数Mg_2B_2O_5w/AZ31B复合材料进行热挤压变形，获得了表面质量良好的挤压棒材。热挤压引发镁合金及复合材料发生动态再结晶，再结晶组织基本为等轴状晶粒，晶须的加入能够促进再结晶的发生。热挤压变形使得晶须产生定向排列，并能够改善晶须在基体中的分布。随着晶须体积分数的增加，晶须在热挤压过程中会发生断裂。 经过热挤压，镁合金及复合材料中形成了(0002)基面平行于挤压方向的纤维织构。分析表明，晶须的加入没有改变材料的织构类型，但对织构的强度有影响，晶须含量越高，材料的织构强度越弱。热挤压变形能够提高复合材料的机械性能，但其性能并非随着晶须体积分数的增加而单调增加。晶须体积分数为3.5%时复合材料的强度最大；晶须体积分数为1%时，复合材料的延伸率最大。