梯温楔压对喷射沉积SiC/7090铝基复合材料致密化的影响

摘要

坩埚移动式喷射沉积技术作为一种先进的材料制备新技术，在制备大尺寸合金及金属基材料方面具有显著的优越性。然而喷射沉积坯料通常存在一定数量的孔隙，颗粒表面存在一定数量的氧化膜，颗粒之间未能完成良好的冶金结合状态。因些需要致密化和塑性变形才能获得理想的组织和性能。楔形压制是一种新型的压制工艺，即通过局部变形、多道次小变形累积实现大变形的致密化加工方法。本文在恒温楔压的基础上引入温度梯度，很好的解决了恒温楔压时高向变形不完全的问题，大大减化了工艺流程，本文主要对比研究了恒温楔压与梯温楔压两种加工工艺对SiC/7090铝基复合材料致密化的影响，并系统的研究了梯温楔压的致密化规律，通过对比实验发现梯温楔压很好地解决了恒温楔压时一次加工后致密化效果不佳的问题，这对大尺寸喷射沉积多孔材料的后续致密化和塑性变形的研究具有重要的指导意义，本文主要得出如下结论： (1)通过模拟坯料的加热过程，得知对坯料加热时，当加热时间为90min时，坯料的温度梯度最为理想，呈现出136℃的温度梯度。通过实验中对坯料的加热过程得知，当加热为时间为90min时，坯料的正面及侧面分别呈现出180℃及250℃的温度梯度。 (2)梯温楔压时，坯料首先呈现出“双曲线”的形状，在中期与后期，坯料与模壁完全接触。恒温楔压时，坯料始终呈现出“倒梯形”的形状。梯温楔压初期上层与下层的金属流动优于中层的金属，中期与后期，金属的流动趋于均衡，最终整体基本达到致密化效果。恒温楔压时，坯料的上层金属首先发生流动，上层的流动速率大于中下层的金属，在整个压制过程中，中下层金属始终未与模壁接触。 (3)梯温楔压与恒温楔压时，最大高向压下量均为25％，在同一位置的取样点，梯温楔压的相对密度均高于恒温楔压的相对密度。梯温楔压与恒温楔压时都是上层的硬度值最大，最大值分别为117.3HB与118.3HB，梯温楔压时硬度值分布比较均匀，大部分区域的硬度值都大于100HB，而恒温楔压的硬度值分布不均匀，底层的最大硬度值仅为68.5HB。 (4)梯温楔压过程中，高向变形量为5％，15％以及25％时，在长度方向上，沿压头运动方向，坯料的相对密度逐渐增大。在宽度方向上，坯料中间的相对密度最小，坯料边缘的相对密度较大。 (5)梯温楔压过程中，当高向变形量为5％时，相对密度呈现出上层最大，下层次之，中间层最小的分布规律。当高向变形量为1 5％与25％时，相对密度呈现出上层最大，中间层次之，下层最小的分布规律。 (6)梯温楔压过程中，当高向变形量为25％时，试样的抗拉强度为304.52MPa，伸长率为2.4％，这些力学性能指标均优于此高向变形量时的恒温楔压坯料。温楔压后的断口上并无明显的大孔洞。

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1引言

1.2喷射沉积技术原理及特性

1.2.1喷射沉积发展及原理

1.2.2喷射沉积技术的特性

1.3多孔金属及其合金成形过程中的致密化与变形理论研究

1.3.1粉末压制成形中的致密化及变形理论

1.3.2多孔预成形坏的致密化及变形理论

1.3.3多孔金属材料的致密化行为

1.3.4数值模拟在分析多孔金属材料塑性变形过程中的应用

1.4本论文的研究内容

第2章实验材料与方法

2.1引言

2.2实验过程

2.2.1试验材料

2.2.2复合材料的制备方法

2.2.3有线元模拟

2.2.4梯温楔压装置

2.3实验方案

2.3.1工艺路线

2.3.2检测方法

第3章恒温楔压与梯温楔压的对比研究

3.1引言

3.2数值模拟对比

3.2.1数值模拟的模型与模拟参数选择

3.2.2模拟条件

3.2.3模拟结果

3.3实验对比

3.3.1温度条件

3.3.2高向变形量

3.3.3相对密度

3.3.4硬度值比较

3.3.5显微组织比较

3.4分析讨论

3.5本章小结

第4章梯温楔压致密化规律研究

4.1引言

4.2梯温楔压横向的致密化规律

4.3高向变形规律

4.4梯温楔压力学性能

4.4.1布氏硬度

4.4.2室温拉伸性能

4.5分析与讨论

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢

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