硼化物强化镁锂基复合材料形变热处理工艺及其机制的研究

摘要

与Mg-Li合金相比，Mg-Li基复合材料不仅有效地避免了基体合金强度低、尺寸稳定性差等缺点，而且具有较高的比强度和比模量，因此在航空、航天、3C等领域具有广阔的应用前景。但Mg-Li基复合材料也存在强化相分布均匀性差，塑性较低，二次加工困难等问题。针对以上问题，本论文针对名义组成为94wt％(Mg-14wt％Li-1wt％Al)-6wt％B4C的原位合成硼化物强化镁锂基复合材料为基础，一方面通过对预合金进行挤压重熔处理，提高强化相在复合材料中的分布均匀性，另一方面通过热挤压、轧制等形变热处理工艺以提高复合材料的力学性能。研究结果表明:
　　预合金的挤压重熔处理工艺可以有效改善B4C粉末在预合金中的分散性。经过挤压重熔处理的预合金与未经处理的预合金相比，其拉伸强度及延伸率分别提高5.6％和63.1％。而经过挤压重熔处理的预合金所制备的复合材料其抗拉强度提高4.1％，延伸率提高29.2％。
　　热挤压与热轧制工艺可显著提高强化相在基体合金中的分散均匀性，在150℃-250℃范围内进行加工，其基体合金均发生动态再结晶，材料的显微组织得到明显细化。热挤压和热轧制均可显著提高复合材料的力学性能，其中在200℃下进行热挤压和热轧制的复合材料力学性能最好，其抗拉强度与铸造态相比分别提高46.1％和32.0％，而延伸率分别提高126％和65.6％。
　　将热轧态的复合材料在分别在150℃、200℃和250℃进行退火处理，结果表明，与热轧态复合材料相比，复合材料的抗拉强度分别下降15.6％、2％和5.8％，延伸率则提高99.4％、-8.0％和10.2％。。复合材料的冷轧单道次最大压下量为30％，但在压下量为25％冷轧下，基体组织中出现微裂纹，极大降低了复合材料的力学性能。20％压下量冷轧后的复合材料与热轧态复合材料相比，其强度提高5.4％，但延伸率下降45.9％，并将冷轧后的复合材料在不同温度下的进行退火处理，结果表明，经75℃退火的基体组织开始产生静态再结晶现象，在120℃左右时基本完成，退火温度达到200℃后，材料硬度显著上升，继续升高温度，硬度下降。