雙尺寸SiCp/AZ91鎂基複合材料組織穩定性及高溫變形行為研究

《雙尺寸SiCp/AZ91鎂基複合材料組織穩定性及高溫變形行為研究》是依託太原理工大學，由鄧坤坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雙尺寸SiCp/AZ91鎂基複合材料組織穩定性及高溫變形行為研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄧坤坤
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

本課題擬就(亞微米+微米)雙尺寸顆粒增強鎂基複合材料組織穩定性及高溫變形行為進行進行研究，通過最佳化熱變形工藝，製備出晶粒細小、顆粒分布均勻且力學性能較高的雙尺寸SiCp/AZ91複合材料。分析亞微米和微米SiCp體積比、微米SiCp尺寸對複合材料顯微組織和力學性能的影響規律。研究雙尺寸SiCp/AZ91複合材料經不同退火工藝後的晶粒尺寸、微觀結構和力學性能，建立基於溫度和時間的細晶鎂基複合材料組織穩定區間，揭示雙尺寸顆粒對細晶鎂基體組織穩定性的影響規律。在此基礎上，研究細晶鎂複合材料高溫壓縮變形後的微觀結構和性能。通過分析複合材料在高溫變形過程中的組織演化，揭示雙尺寸顆粒對細晶鎂基體動態再結晶行為的影響機制；計算細晶鎂基複合材料的變形熱激活能和應力指數，揭示雙尺寸顆粒對細晶鎂基複合材料高溫變形行為的影響機理。本研究對高強鎂基複合材料的開發、顯微組織和力學性能控制，具有重要的理論意義。

結題摘要

最佳化鑄造和熱變形工藝，製備出晶粒細小、顆粒分布均勻且力學性能較高的（亞微米+微米）雙尺寸SiCp/AZ91鎂基材料。室溫變形過程中位錯在亞微米和微米SiCp附近由於運動受阻而塞積，導致顆粒附近位錯密度升高。在外載入荷作用下，微米SiCp端部和顆粒密集區易產生應力集中萌生微裂紋，而亞微米SiCp同基體界面結合較好，無微裂紋產生。微米SiCp附近彌散分布的亞微米SiCp對裂紋的擴展有一定的阻礙作用。通過與AZ91合金和（亞微米/微米）單一尺寸SiCp/AZ91鎂基材料對比，研究了細晶雙尺寸顆粒增強鎂基材料組織穩定性及高溫變形行為。研究結果表明，熱處理的過程中，微米SiCp周圍能夠形成亞微米顆粒密集區，抑制晶粒長大，提高了鎂基基體的高溫組織穩定性。採用三種本構方程描述雙尺寸顆粒增強鎂基材料高溫變形行為，發現指數本構方程和雙曲正弦本構方程分別在低應力水平和高應力水平範圍出現顯著誤差，而冪本構方程在較寬應力範圍內可精確描述雙尺寸顆粒增強鎂基材料在高溫變形過程中流變應力與應變速率之間的關係。雙尺寸顆粒增強鎂基材料的變形激活能隨變形溫度和應變速率的增大而增大。在應變速率為0.001s-1時，複合材料的變形機制為晶界擴散控制的位錯攀移機制；在應變速率為0.01-1s-1時，複合材料的變形機制為位錯攀移機制。與細晶AZ91合金和亞微米/微米單尺寸SiCp增強鎂基材料相比，單一尺寸SiCp降低了鎂的變形激活能，而雙尺寸SiCp使鎂的變形激活能提高，變形機制變形機制由位錯滑移轉變為位錯攀移。亞微米與微米SiCp混合有利促進DRX形核，降低臨界應力與臨界應變，縮短了DRX時間。熱變形的過程中，微米SiCp周圍能夠形成PDZ，促進DRX形核；而亞微米SiCp，一方面由於同基體變形不匹配而在其周圍產生位錯，另一方面通過阻礙位錯運動使位錯在顆粒周圍塞積，兩方面的共同作用導致亞微米SiCp附近位錯密度增大，從而有利於促進DRX形核。