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7075/SiCp复合材料薄板的制备工艺研究

徐海燕  
【摘要】:本文的主要内容包括以下两个方面:即挤压、轧制工艺对喷射共沉积7075Al/SiCp复合材料的成形性能的影响和在塑性变形过程中增强相颗粒的流动与分布规律及其与基体的界面结合状况;7075Al/SiCp复合材料薄板的热处理工艺。 (1) 首先在YJ32-315A四柱液压机上研究挤压比、挤压温度和挤压速度对圆棒的成形性能的影响,并取样观察陶瓷颗粒在挤压过程中的流动与分布规律及其与基体的界面结合状况。在1250T挤压机上,进行大尺寸喷射共沉积7075Al/SiCp复合材料板材的挤压成形实验,为后续的轧制工艺准备板材。 实验表明,喷射共沉积坯料采用挤压比在8~10之间,挤压温度为400~410℃的挤压工艺时材料成形性能较好,密度可达2.79×10~3kg/m~3,与理论密度2.86×10~3kg/m~3相比,致密度达到了97.5%,基本达到了使用要求。经过挤压加工后,在挤压组织中形成了明暗交替的环状亮带组织;陶瓷颗粒沿挤压方向呈流线型分布:7075Al/SiCp复合材料中陶瓷颗粒与基体之间的界面达到了冶金结合,且界面清晰,也没有发生任何有害界面反应。 (2) 考虑到挤压态坯料中陶瓷颗粒分布的不均匀性,轧制坯料的取样按两种方式进行,即平行于挤压方向和垂直于挤压方向。按照双辊热轧机上板材轧制的方向与挤压方向的关系,自行定义了三种轧制方式,即平行于挤压方向为横轧方式,垂直于挤压方向为纵轧方式,在平行于和垂直于挤压方向的两个方向上交替进行的轧制方式为交叉轧制方式。研究了轧制方式、轧制温度和道次压下量等工艺参数对7075Al/SiCp复合材料薄板成形性能的影响以及轧制工艺对陶瓷颗粒的流动与分布规律及其与基体的界面结合状况的影响。 研究结果表明,平行于挤压方向取样进行轧制更有利于板料的成形,材料的成形率较高。且在平行于挤压方向取样,轧制温度为410℃时,采用交叉轧制的方式板料的轧制成形性能较好。多道次小变形量的变形制度也有利于提高7075Al/SiCp复合材料薄板的成形性能。轧制对挤压过程形成的SiC颗粒的不均匀分布具有一定的改善作用,随着变形量的增加,SiC颗粒层状分布现象有所改善,颗粒破碎的程度加剧;采用交叉轧制方式,可以得到比较好的颗粒分布与良好的界面结合状况。但轧制工艺并不能完全改善挤压工艺形成的SiC颗粒的不均匀分布。 (3) 本文根据常规7075铝合金的热处理工艺及对材料性能的要求,对7075Al/SiCp复合材料轧制态薄板的热处理工艺进行了实验研究。选择450℃、455℃、460℃、465℃、470℃、475℃、480℃等温度分别保温10min、15min、20min、25min、30min、40min和60min后迅速淬火,测试硬度值,研究了固溶处理对复合 7075lsicP复合材料薄板的制备工艺研究 材料组织性能的影响,确定了复合材料的最佳固溶处理制度。然后,选择了115 ℃、120℃、125℃三个温度,时效时间为0~36个小时,研究时效处理对复合材 料组织和性能的影响规律,并结合X衍射图谱和透射电镜的观察结果,探讨了 7075习siCP复合材料热处理后的强化机制,根据拉伸断口的扫描电镜照片,分析 了7075翻siCp复合材料的断裂机制。 实验制定了7075翻SICp复合材料轧制态薄板的最佳热处理工艺,峰值时效析 出强化相为”相(MgZzn3)和T相(M印Zn3A12)。7075AI/Sicp复合材料轧制态 薄板的强化机制是沉淀强化、细晶强化及SIC颗粒强化的综合效果。且主要强化 机制是沉淀强化。峰值时效析出细小的强化相,材料的屈服强度、抗拉强度以及 延伸率等性能均得到了显著提高。对热处理前后拉伸试样的断口扫描发现, 7075AI/SICp复合材料薄板的断裂方式为两种断裂方式的混合即:Sic颗粒断裂和 界面脱粘断裂。颗粒在塑性变形过程中产生了裂纹以至断裂,以及SIC颗粒与基 体结合不好,导致颗粒与基体的界面结合强度低,在拉伸过程中,容易形成裂纹 源,使基体承受一定的变形后断裂。


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