Nd与往复挤压对Al2O3/AZ91D复合材料组织及高温蠕变性能的影响

摘要

本文采用无压浸渗法制备了稀土Nd含量分别为0.0％、0.2%、0.5%和0.8%的Al2O3f/AZ91D复合材料(纤维体积分数为20%),并对不同Nd含量的复合材料进行了往复挤压。采用OM(金相显微镜)、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射仪)和EDS(能谱分析)等检测分析手段,探索Nd和往复挤压对复合材料显微组织、相组成、硬度以及高温蠕变性能的影响。以高温压缩为手段开展Al2O3f/AZ91D复合材料高温蠕变性能的研究,通过复合材料的蠕变曲线以及复合材料的蠕变应力指数,探索其蠕变过程与蠕变机理并初步探讨了高温压缩蠕变过程中显微组织的演化及复合材料的动态再结晶机制。添加稀土Nd后复合材料中形成了粒状和杆状的Al-Nd相,同时Nd细化了基体组织,并使得Mg2Si相趋于细小弥散分布；稀土Nd的加入可以明显提高复合材料的硬度及高温蠕变性能,添加0.8%Nd的Al2O3f/AZ91D复合材料的硬度和抗高温蠕变性能最好；添加Nd后Mg2Si相的硬度先升后降,在Nd含量为0.5%时硬度达到最大值。Al2O3f/AZ91D复合材料经过两道次的往复挤压后,基体组织显著细化,挤压消除了纤维的偏聚,改善了纤维的分布；恒温(250℃)恒载荷(90MPa)下,往复挤压态的复合材料较铸态的复合材料的高温蠕变性能有所下降；往复挤压工艺降低了Mg2Si相的硬度,但是复合材料的硬度有所提升。高温压缩蠕变后纤维的分布比较均匀,而且组织进一步的细化,基体中可观察到孪晶变形及交叉滑移线,在纤维偏聚区有再结晶晶粒的形成。通过研究Al2O3f/AZ91D复合材料250℃时的lnε-lnσ曲线及其拟合直线得到应力指数n为6.6,复合材料的蠕变为受晶格扩散控制的位错蠕变和亚结构不变模型机制共同作用的结果。据n值绘制(εn-σ)/1曲线,得到250℃时复合材料的门槛应力值为1.32MPa。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 镁基复合材料的研究现状

1.1.1 镁基复合材料的组成

1.1.2 镁基复合材料的制备方法

1.1.3 镁基复合材料的组织与性能

1.2 镁基复合材料的高温蠕变性能

1.2.1 金属材料的蠕变现象

1.2.2 镁合金的高温蠕变机理

1.2.3 镁基复合材料抗高温蠕变性能的研究现状

1.3 稀土元素在镁合金中的作用

1.3.1 净化作用

1.3.2 变质作用

1.3.3 合金化作用

1.4 镁基复合材料的热挤压变形

1.5 往复挤压工艺

1.6 本课题研究的内容和意义

2 试验材料与方案

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.2.1 基体合金的配置

2.2.2 预制体的制备

2.2.3 复合材料的制备

2.2.4 往复挤压试验

2.2.5 高温压缩蠕变试验

2.2.6 硬度测定

2.2.7 显微组织观察与分析

2.3 技术路线

3 Nd对复合材料组织与性能的影响

3.1 Al_2O_(3f)/AZ91D复合材料的显微组织分析

3.2 Nd对Al_2O_(3f)/AZ91D复合材料的显微组织的影响

3.3 Nd对Al_2O_(3f)/AZ91D复合材料高温蠕变性能的影响

3.4 Nd对Al_2O_(3f)/AZ91D复合材料硬度的影响

3.5 本章小结

4 往复挤压对复合材料组织及性能的影响

4.1 往复挤压对复合材料组织的影响

4.2 挤压态复合材料的力学性能

4.2.1 往复挤压对Al_2O_(3f)/AZ91D复合材料高温蠕变性能的影响

4.2.2 往复挤压对Al_2O_(3f)/AZ91D复合材料硬度的影响

4.3 断口分析

4.4 本章小结

5 复合材料的高温蠕变机制和显微组织

5.1 复合材料高温蠕变机制

5.2 高温压缩蠕变过程中复合材料的显微组织演变

5.3 蠕变断口分析

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

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