喷射沉积7075/SiC_p复合材料压缩变形规律和锻造工艺研究

【摘要】：喷射沉积技术制备颗粒增强铝基复合材料具有增强颗粒分布均匀、界面反应程度低、基体合金凝固速度快等诸多优势。然而喷射沉积制备的沉积坯具有一定的孔隙率、沉积坯内部未达到完全冶金结合状态,因此对沉积坯的成形工艺有一定的要求。特别是喷射沉积颗粒增强铝基复合材料中由于陶瓷增强颗粒的加入,沉积坯的成形性能较差,因此对其成形工艺条件要求较高。挤压虽可以提高沉积坯的成形性能,但是“年轮”组织明显,材料截面尺寸受到限制。本论文旨在对喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料的压缩变形行为及压缩变形过程中的断裂机制进行研究,探索适合颗粒增强铝基复合材料的锻造成形方法和工艺条件,为大尺寸规格的颗粒增强铝基复合材料的锻造成形提供指导依据。本论文的主要研究内容和得到的研究结果如下: (1)对喷射沉积7075/SiCp复合材料的高温压缩变形规律进行了研究。 在Gleeble-1500热模拟实验机上进行了喷射沉积7075/SiCp复合材料坯流变规律的研究。坯料加热温度、应变速率和润滑条件等工艺参数对沉积坯的流变应力和压缩变形能力有显著影响。坯料在420℃和适当的润滑条件下以0.001s-1的速率压缩时具有良好的成形性能。孔洞的存在使沉积坯随应变增加而软化的速率较小。坯料中的SiC颗粒使复合材料压缩时表现出较7075合金高的应力,且温度越低,应变速率越高,应力值的增加越明显。 在YJ32-100A型液压机上进行了不同温度、润滑条件等工艺条件下喷射沉积7075/SiCp复合材料单向压缩过程中的流动规律研究。多孔复合材料沉积坯在压缩过程中遵循质量不变原则,高向变形的一部分用于使材料发生周向变形与径向变形,另一部分则使材料的体积收缩,致密度增加,径向变形明显小于致密材料。而摩擦系数、变形程度和初始高径比越大,侧面鼓形越明显。随变形温度的升高,断裂应变迹线的位置发生变化,变形安全区先增大后减小,在420℃达到最大值。润滑和增大坯料密度可使断裂应变迹线上移,变形安全区增大。在压缩变形初期,致密度增幅较大,压缩变形40%时,致密度由82.9%增加到98%; 随变形量的增加,致密化速率降低,压缩变形80%时,致密度仅提高到99.7%。热压缩变形后,孔洞和沉积层界面结合明显改善,但仍有SiC颗粒的流线现象。 (2)对喷射沉积7075/SiCp复合材料的锻造工艺进行了研究。 喷射沉积7075/SiCp复合材料坯直接进行锻造时,压缩方向与沉积层界面垂直时,成形性较好,压缩方向与沉积层界面一致时易沿沉积层界面断裂,在480℃～620℃模压试验发现,模压可以改善沉积层界面结合状况,提高成形性能。随