Al2O3np/7075铝基复合材料的热处理及触变压缩变形行为研究

摘要

7075铝合金具有较高的比强度、比刚度以及密度小等优越性能，因此，被广泛应用于航空航天以及军事等领域。然而，在铝合金凝固过程中，容易形成偏析的粗大第二相。粗大第二相会减小合金的强度和硬度，从而大大限制其应用。而通过后续的热处理以及在合金中添加增强颗粒可以大大提高合金的综合力学性能。热处理通过影响合金中粗大第二相的含量、形貌以及分布，从而改善合金的综合力学性能。而颗粒增强铝基复合材料主要通过增强颗粒的加入产生大量位错来强化合金力学性能。但颗粒增强铝基复合材料在提高其抗拉强度、极限屈服强度和弹性模量的同时，却大大降低其塑性，不利于合金的二次塑性加工。半固态成形技术的出现，很好的解决这一问题，为铝基复合材料的应用提供更广阔的空间。
　　本文采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、差示扫描量热分析（DSC）、以及硬度和拉伸测试，研究了固溶处理对7075铝合金的第二相演变和力学性能的影响。结果表明，Mg(Zn,Cu,Al)2相随着固溶温度和时间的增加逐渐溶进基体中，而Al7Cu2Fe相由于熔点高导致它的尺寸和形貌没有发生变化。当固溶温度和时间继续增加，则会出现粗大的黑色Mg2Si相。相比较基体合金，试样在460oC固溶5h后硬度、拉伸强度、延伸率分别提高了55.1％，40.9%和109.1%。这是因为此时共晶相Mg(Zn,Cu,Al)2完全溶解，几乎没有粗大的黑色Mg2Si颗粒出现。
　　还采用了XRD、SEM、EDS和硬度测试，研究了固溶时效（T6）热处理对Al2O3np/7075铝基复合材料的组织和硬度的影响。结果发现，固溶处理后复合材料晶界处第二相变得不连续，第二相充分溶解进基体内。Mg(Zn,Cu,Al)2相完全消失，转变成Al2CuMg相。Al7Cu2Fe相由于熔点高没有发生变化。时效处理后，则重新析出了细小的MgZn2相。热处理后，复合材料的硬度均得到提高。复合材料的硬度随时效温度和时间增加均呈现先增加后减小的趋势。在480 oC/5h+120 oC/24 h热处理条件下，复合材料的硬度达到最大值，为173.51 MPa。同时对复合材料的强化机制及时效强化机制进行了讨论。
　　另外，采用了热模拟试验机Gleeble3500D，对Al2O3np/7075铝基复合材料进行半固态等温压缩实验。研究半固态复合材料在高固相率下的压缩变形行为，并表征了半固态压缩后的组织。结果显示，真实应力随变形温度和纳米 Al2O3颗粒粒径增加而减少，随应变速率和纳米Al2O3颗粒的质量分数增加而增加。另外，压缩后，在大变形区的固体颗粒变形程度明显大于自由变形区的固体颗粒。在不同的变形条件下，大变形区的固体颗粒经历明显的不同程度塑性变形。同时，对半固态压缩过程的变形机制进行讨论。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 颗粒增强铝基复合材料的制备

1.3 铝合金及其复合材料的热处理

1.4 半固态成形技术

1.5 本课题研究目的及意义

1.6 本课题主要研究内容

第2章 固溶处理对7075铝合金的第二相演变和力学性能的影响

2.1 引言

2.2 实验

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 T6对超声振动制备Al2O3np/7075铝基复合材料的组织和硬度的影响

3.1 引言

3.2 实验

3.3 实验结果分析

3.4 本章小结

第4章 半固态Al2O3np/7075铝基复合材料在高固相率下的压缩变形行为

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果