晶须增强镁基复合材料在热循环载荷下的力学行为研究

摘要

本文使用真空气压渗流法制备了Mg2B2O5w/AZ31B镁基复合材料。利用SEM、热/力模拟试验机等现代分析手段，研究了复合材料加载热循环下的尺寸稳定性。还对热循环和外加应力对复合材料强度和硬度等力学性能的影响进行了分析和讨论。
　　研究结果表明，用此方法制备的复合材料体积分数离散性小,同时晶须在复合材料中均匀分布。加载热循环下的Mg2B2O5w/AZ31B镁基复合材料有锯齿化现象发生，热处理能有效地降低材料的锯齿化现象，这有利于复合材料在加载热循环下的尺寸稳定性。然而，应变锯齿化能有效增加复合材料断后伸长率，使得复合材料塑性加工成为可能。加载热循环分为三个阶段：初始蠕变阶段，稳定蠕变阶段和失稳变形阶段，稳态蠕变速率随外加载荷增大而增大；外加载荷越小，蠕变时间越长，断裂伸长率越大。热循环滞后环的产生是由于产生了对称的应力松弛引起的，而残余应变则是由不对称的应力松弛引起的。加载热循环呈现一定的超塑性特征，且外加应力越小，应变速率敏感指数m越大，断后伸长率越大；高温蠕变也呈现出一定超塑性特征，但应变速率敏感指数低，且应变速率远远低于相同外加载荷和热循环联合作用下的应变速率。
　　实验结果还表明，加载热循环条件对复合材料的力学性能影响较大。Mg2B2O5w/AZ31B复合材料的抗拉强度随循环次数增加先增大，后减小，存在某一临界循环次数使Mg2B2O5w/AZ31B复合材料有最大抗拉强度。Mg2B2O5w/AZ31B复合材料在加载热循环过程中，由于缺陷对材料的弱化和应变强化相互作用，其抗拉强度随热循环最高温度Tmax先增大，后减小；到达某一循环次数后又由于应力松弛与应变强化的相互作用迅速增大，且缺陷对材料的弱化和应变强化相互作用明显小于应力松弛与应变强化的相互作用。
　　Mg2B2O5w/AZ31B复合材料硬度在20～400℃、250次加载热循环后，硬度随外加载荷的增大而减小，且减小幅度越来越小。热处理后的Mg2B2O5w/AZ31B复合材料在加载热循环后，淬火态复合材料硬度最大，退火态次之，铸态则硬度最小。

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第1章 绪 论

1.1 金属基复合材料热循环研究意义及现状

1.2 镁合金及镁基复合材料

1.3 本文的研究内容和方法

第2章 Mg2B2O5w/AZ31B复合材料的制备

2.1 实验材料

2.2 晶须预制块的制备

2.3 坩埚制作及镁合金切割

2.4 真空气压渗流法制备复合材料

2.5 Mg2B2O5w/AZ31B复合材料体积分数的计算

第3章 加载热循环对Mg2B2O5w/AZ31B复合材料尺寸稳定性的影响

3.1 实验方法

3.2 实验结果及讨论

3.3 本章小结

第4章 加载热循环对Mg2B2O5w/AZ31B复合材料强度的影响

4.1 试验方法

4.2 试验结果和讨论

4.3 本章小结

第5章 加载热循环对Mg2B2O5w/AZ31B复合材料硬度影响

5.1 试验方法

5.2 实验结果

5.3 本章总结

结 论

参考文献

致谢

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