【摘 要】
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镁合金作为轻质有色合金材料,它密度低质量轻,比强度比刚度好,因此它被广泛地应用在飞机、火箭、汽车等工业方面。近年来,一般的镁合金制件性能逐渐满足不了现代工业在使用上的要求,人们对镁合金的研究逐渐增多,而提高镁合金力学性能的一种比较普遍的增强方式就是向镁合金中加入增强相材料。目前关于颗粒增强镁基合金复合材料的研究有很多,最常见的增强相有应用广泛的陶瓷颗粒和金属及金属间化合物。人们通常采用陶瓷颗粒增强
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镁合金作为轻质有色合金材料,它密度低质量轻,比强度比刚度好,因此它被广泛地应用在飞机、火箭、汽车等工业方面。近年来,一般的镁合金制件性能逐渐满足不了现代工业在使用上的要求,人们对镁合金的研究逐渐增多,而提高镁合金力学性能的一种比较普遍的增强方式就是向镁合金中加入增强相材料。目前关于颗粒增强镁基合金复合材料的研究有很多,最常见的增强相有应用广泛的陶瓷颗粒和金属及金属间化合物。人们通常采用陶瓷颗粒增强镁基复合材料,它们密度低,强硬度高,具有高的弹性模量和高的热稳定性,但它也具有一系列缺点,比如润湿性差,延展性低,与镁基体不好共熔等等。其中SiC陶瓷颗粒与镁熔体具有较高的润湿性和稳定性,所以SiC是目前最受关注的镁基复合材料增强相。因此镁基复合材料的发展趋势倾向于对镁基复合材料的成形过程进行进一步的加工处理,比如挤压、热处理等,进而优化并提高镁基复合材料的组织与性能。因此,本研究通过半固态机械搅拌的方法将SiC增强颗粒加入AZ91D铸造镁合金中,再通过近液相线保温法得到复合材料的半固态坯料,然后通过半固态触变挤压和热处理的方法来提高镁基复合材料的组织和性能。此次试验探究了半固态挤压制备及固溶时效处理工艺对SiCp/AZ91D镁基复合材料的增强机理,优化镁合金微观组织,进而提高AZ91D的综合力学性能,并筛选出综合力学性能相对良好的SiCp/AZ91D镁基复合材料。本次半固态挤压镁基复合材料的研究结果如下:(1)经近液相线保温+半固态挤压的AZ91D镁合金的显微组织及强度硬度和塑性与铸态相比尤为良好。这是由于半固态温度下的挤压提高了镁合金的致密度,并降低了晶粒尺寸,而且高的挤压温度导致镁合金组织中析出了大量的点状的Mg17Al12第二相,这些因素共同作用,优化了镁合金的组织进而提高了镁合金的性能。(2)经半固态机械搅拌+近液相线保温+半固态挤压的SiCp/AZ91D(5wt.%,10wt.%,15wt.%)镁合金复合材料,其强度和韧性在刚开始时下降,但硬度急剧增加。随着SiC的继续加入,复合材料材料的强度又开始回升并不断增加,而它的则塑性继续下降,硬度则继续增加。这是由于SiC带入的气孔杂质等缺陷使材料的强度有所降低,但随着SiC含量的增加,促进了Mg17Al12相的形成,并且其组织晶粒进一步细化,导致SiC的增强作用开始凸显,其强度开始回升。另外,SiC的加入导致产生的Mg2Si脆性相与SiC共同作用使材料硬度大大增加,塑性大大下降。(3)经固溶时效热处理后,半固态挤压的AZ91D镁合金的挤压组织继续发生再结晶,晶粒圆整细化,晶粒内部充满了细小的Mg17Al12相,材料的强度、硬度、塑性大大提高。575℃挤压的AZ91D经固溶时效处理后,强度达到最大285MPa,伸长率达到13.36%,硬度达到102HV。(4)经固溶时效处理后,SiCp/AZ91D镁基复合材料的显微组织与力学性能大幅度提高,它的强硬度被Mg17Al12相层片状析出相和SiC的加入共同提高;它的塑韧性被Mg17Al12相的层片状析出相和点状析出相的共同作用促进。575℃挤压的15wt.%SiC/AZ91D经固溶时效处理后,强度达到最大242MPa,伸长率达到2.3%,硬度达到132.26HV。
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