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原位反应生成TiB_2颗粒增强7055基复合材料的制备及其加工的研究

徐萌  
【摘要】: 本文通过原位反应生成增强颗粒和热加工提高7055合金的综合性能,系统研究了7055Al-K_2TiF_6-KBF_4体系合成TiB_2颗粒增强7055基复合材料的机制,分析了复合材料的微结构;研究了微量元素Mg和稀土元素Ce对熔体原位反应的促进作用;并通过电磁搅拌作用细化基体组织和改善陶瓷颗粒在铝基体中的分布,对复合材料采用热挤压、固溶、时效等工艺进一步提高其综合力学性能。 采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子式万能试验机等分析测试手段,分析了稀土合金化7055合金和原位颗粒增强7055基复合材料的微观组织、相组成以及内生颗粒的形貌、大小、分布特征和力学性能。 研究结果表明,当反应温度为850℃时,在铝熔体中K_2TiF_6+KBF_4体系可以稳定的生成TiB_2颗粒。TiB_2颗粒呈明显的六棱短柱状,尺寸大约在0.4~1μm之间。经电磁搅拌处理的7055合金晶粒比未施加电磁搅拌的7055铸态合金明显细化。在电磁搅拌电流和频率分别为150A和4Hz时获得的材料晶粒尺寸最细小;同时,电磁搅拌促进了原位反应的进行,增加了高温铝液和混合盐之间的接触几率,反应界面扩大,使TiB_2颗粒的数量增加,分布更加弥散。 在原位生成TiB_2颗粒增强铝复合材料的制备中,研究了微量的Mg元素和稀土元素对原位反应的促进作用。结果表明:在750℃时添加微量的Mg(0.3wt%)或3wt%稀土中间合金Al-10%Ce可以很好地改善陶瓷颗粒与铝液之间的润湿性,促进界面反应的进行,并抑制TiB_2颗粒的偏聚,使颗粒细化。 通过对TiB_2/7055铸态复合材料450℃均匀化处理,热挤压后480℃固溶60分钟,在120℃时效24小时处理后,网络化的第二相被打乱,晶粒破碎,组织更加均匀致密,并有更加细小密集的第二相析出。经过上述处理的复合材料抗拉强度σ_b达到630MPa,比相同工艺条件下的7055合金明显提高,伸长率δ为4.0%。


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