Csf/AZ91D 复合材料高温塑性变形行为与热加工图研究

摘要

非连续增强镁基复合材料由于其质轻、力学性能优异、可二次塑性加工成形等特点而受到先进制造业领域的高度关注。相比应用广泛的铝基复合材料，镁基复合材料在工程领域的应用仍受到很大限制。由于密排六方结构镁基体室温滑移系少和增强体碳纤维的加入，使得镁基复合材料的加工性能较差。为了使其在轻质结构材料中占有一席之地，亟需制定合适的二次塑性加工工艺制度以改善组织性能并最终实现其制件成形。本文针对铸造法制备的短碳纤维增强镁合金复合材料（Csf/AZ91D），通过实验研究了其高温塑性变形力学行为，基于热加工图方法获得了其在不同真应变条件下的可加工性，结合实验分析了复合材料在不同变形参数范围内的塑性加工失稳机理。 采用真空压力浸渗工艺制备碳纤维体积分数为20%的Csf/AZ91D复合材料。基于其高温变形流变应力曲线及微观组织金相观察实验，分析了变形温度、应变速率及应变量对复合材料流变应力和微观变形机制的影响；建立了纤维体积分数为20%的Csf/AZ91D复合材料高温流变力学本构模型和其在真应变0.2、0.4、0.6和0.7下的热加工图。基于所建立的热加工图分析复合材料在不同高温变形条件下的变形特点和相应的微观变形机制，通过与镁合金AZ91D热加工图的对比，揭示了短碳纤维对Csf/AZ91D复合材料高温变形力学与组织演变行为的影响机理，并确立了Csf/AZ91D复合材料的塑性变形极限条件，为合理制定Csf/AZ91D复合材料塑性加工工艺提供了理论指导。主要研究结论如下： Csf/AZ91D复合材料高温变形流变应力随变形温度升高或应变速率降低而减小；复合材料高温变形时真应力应变曲线的应变软化程度明显高于基体镁合金。Csf/AZ91D复合材料高温塑性变形机制中存在明显的动态再结晶特征；短碳纤维的加入增加了形核位置，极大地促进了复合材料动态再结晶行为的发生，并细化了其动态再结晶晶粒组织。 在变形温度约415~460℃、应变速率约10-3-10-2s-1范围内，Csf/AZ91D复合材料能量耗散效率因子的值均大于30%，较高变形温度和低应变速率有利于复合材料基体合金动态再结晶过程的充分进行，塑性变形后基体合金的晶粒组织细小且均匀，因此位于热加工图右下侧的动态再结晶区域是复合材料热加工的最佳成形参数取值范围。 Csf/AZ91D复合材料在流变失稳区变形时，热加工图显示存在两种塑性流变失稳机制：一种是基体合金与纤维局部界面开裂，另一种是不均匀动态再结晶细晶区形成的局部剪切带，并且随着真应变的增加复合材料塑性变形失稳区有扩大的趋势。

目录

第1章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 镁基复合材料的制备及应用研究

1.3 镁基复合材料高温变形行为及热加工图研究

1.4 研究目的及主要研究内容

1.5 研究方案

第2章 实验材料与分析测试方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 Csf/AZ91D复合材料制备

2.4 Csf/AZ91D复合材料高温压缩变形试验

第3章 Csf/AZ91D复合材料高温变形力学行为分析

3.1 高温压缩前后显微组织对比

3.2 真应力-应变曲线

3.3 变形激活能Q及力学本构方程

3.4 复合材料与基体镁合金真应力-应变曲线对比

3.5 本章小结

第4章 Csf/AZ91D复合材料高温变形热加工图分析

4.1 热加工图理论基础

4.2 Csf/AZ91D复合材料高温变形热加工图

4.3 Csf/AZ91D复合材料与基体镁合金热加工图对比

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

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