搅拌摩擦加工对原位自生TiB2增强铝基复合材料组织性能的影响

摘要

原位自生TiB2增强铝基复合材料优异的性能是增强相颗粒细小且与基体结合良好的结果。但是,其在微观尺度上仍存在颗粒团聚,且容易在浇铸过程中产生缺陷。因此需要进一步探寻有效方法以改善原位自生颗粒增强铝基复合材料的微观组织,从而提高其力学性能。搅拌摩擦加工能使材料产生剧烈塑性变形,是改善合金组织结构的有效加工手段。
　　本文采用搅拌摩擦加工处理原位自生TiB2增强铝基复合材料,通过光镜、扫描电镜、透射电镜等分析手段,系统研究该材料的TiB2颗粒分布、晶粒等微观组织,以及硬度、强度、塑性等力学性能。通过实验揭示了搅拌摩擦加工对该材料组织及力学性能带来的影响,并分析讨论了其性能提高的强化机制。
　　微观结构分析表明,搅拌摩擦加工能显著改善原位自生铝基复合材料的组织结构。搅拌区内颗粒在微米尺度分布更为均匀,同时制备过程中产生的铸造缺陷被消除。搅拌区内复合材料的晶粒直径平均由45μm细化到小于2μm。搅拌区前进侧与冠状区在加工过程中材料塑性变形剧烈,发生动态再结晶过程,因此加工后晶粒细小,增强相颗粒分布均匀。而后退侧晶粒尺寸差异较大,增强相颗粒分布相比母材有较大改善,但仍有微团聚现象。由于搅拌摩擦加工过程中材料的流动是不均匀的,后退侧材料流动不如前进侧剧烈,所以材料只在部分区域发生动态再结晶,其余部分晶粒仍保持大变形状态。这种材料流动不均匀性也造成了后退侧再结晶晶粒之间的颗粒微团聚现象。
　　力学测试结果表明,搅拌摩擦加工能提高材料的综合力学性能。显微硬度分布证明,搅拌区的平均硬度高于母材区,而前进侧的硬度高于后退侧。拉伸结果表明,经过搅拌摩擦加工的材料在屈服强度,抗拉强度以及延伸率方面均高于原始母材。且四道次加工效果好于一道次加工。四道次加工后材料的断裂强度为母材的1.3倍,而延伸率则为母材的8倍。分析表明,搅拌摩擦加工能均匀化增强相颗粒分布,细化晶粒,从而阻碍了位错运动并促进材料内部位错的增殖,通过各种强化机制提高原位自生铝基复合材料力学性能。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2原位自生铝基复合材料的研究现状

1.3 搅拌摩擦加工的研究现状

1.4 本文的研究目的与研究内容

第二章 复合材料的搅拌摩擦加工工艺和分析测试方法

2.1 原位自生TiB2增强铝基复合材料的搅拌摩擦加工工艺

2.2 复合材料的组织与性能分析测试方法

第三章 搅拌摩擦加工对原位自生铝基复合材料组织结构的影响

3.1 搅拌摩擦加工对宏观组织形貌的影响

3.2 搅拌摩擦加工对增强相颗粒分布的影响

3.3 搅拌摩擦加工对晶粒的影响

3.4 本章小结

第四章 搅拌摩擦加工对原位自生铝基复合材料力学性能的影响

4.1 搅拌摩擦加工对硬度的影响

4.2 搅拌摩擦加工对强度、塑性的影响

4.3 搅拌摩擦加工提高原位自生铝基复合材料力学性能的机制分析

4.4 本章小结

第五章 结论

本论文的创新点

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文