粉末材料等径角挤扭固结成形实验研究

摘要

粉末冶金材料和超细晶材料都是当今材料领域内的重要组成部分。前者具有传统熔铸工艺所无法获得的化学组成与力学性能，后者表现出超常的物理、力学性能。但传统粉末冶金工艺通常存在工作环境恶劣、能耗高等问题，并由于孔隙的存在，使其性能受到影响；而超细晶材料通常只由块体材料来制备。消除孔隙、改善组织结构，提高材料综合力学性能是粉末冶金技术和塑性变形工艺的一致目标。本文采用等径角挤扭工艺将材料超细晶制备与粉末塑性加工技术完美结合。通过一次变形将粉末材料直接固结成超细晶材料，并研究了变形工艺对其显微组织和力学性能的影响规律，探讨了等径角挤扭过程中的SiC颗粒分布机理与材料断裂模式。　　为了研究粉末材料ECAPT变形效果，采用相同粉末材料(35vol%SiCp/Al)ECAP与ECAPT变形、不同粉末材料(8.75%SiCp/Al、35vol%SiCp/Al和纯铝粉末)ECAPT变形。并对其组织、性能进行比较分析，获得了组织均匀性、硬度及其分布、孔隙分布与致密度效果、颗粒团聚情况、压缩性能及扫描断口等数据与结果。研究发现，ECAPT对于粉末材料变形均匀性效果理想。1道次ECAPT变形在组织均匀性、硬度及分布、致密效果等方面可以达到2道次ECAP变形效果。8.75%SiCp/Al基复合粉末固结效果最好。材料断口均以大小不一的基体铝片状断裂为主要特征。铝粉材料由微孔隙处产生裂纹，复合材料裂纹首先在基体与SiC之间局部结合较弱的区域萌生；随着侧向拉应力的增大，裂纹不同程度的向各个方向扩展、长大。　　研究颗粒分布情况是变形后最直接有效的变形均匀性分析方法。样方法定量分析表明：Nq=0的概率与颗粒团聚直接相关，而Nq≧3的概率与颗粒团聚并无直接联系。ECAPT相比于ECAP对于颗粒的团聚现象有明显的改善效果。随着变形的深入，SiC颗粒分布均匀程度明显改善；应变量的大小与SiC颗粒的分布直接相关，在剪切力的作用下颗粒重新排布的能力增强，颗粒分布逐渐均匀。

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第一章 绪论

1.1 超细晶(UFG)材料

1.2 粉末固结技术

1.3 大塑性变形法简介

1.4 等径角挤压(ECAP)工艺研究进展

1.4.1 ECAP发展概况与原理

1.4.2 主要变形工艺参数的影响

1.4.3 等径角挤压(ECAP)在粉末冶金领域应用的研究现状

1.5 挤扭(TE)工艺研究进展

1.5.1 TE发展概况与原理

1.5.2 主要变形工艺参数的影响

1.5.3 挤扭(TE)研究现状

1.6 等径角挤扭发展概况与原理

1.7 课题来源、研究意义及主要研究内容

1.7.1 研究目的与意义

1.7.2 研究内容

1.8 本章小结

第二章 等径角挤扭工艺分析与实验方案制定

2.1 工艺分析

2.1.1 ECAPT关键参数分析

2.1.2 包套设计与制备

2.2 ECAPT实验材料制备与实验方法

2.2.1 实验材料

2.2.2 试样制备

2.2.3 实验设备

2.2.4 实验过程

2.3 测试方法

2.3.1 相对密度测定方法

2.3.2 力学性能检测方法

2.3.3 显微硬度测量方法

2.3.4 组织形貌观察

2.4 本章小结

第三章 粉末材料等径角挤扭显微组织研究

3.1 变形前粉末初始形貌

3.2 变形后试样宏观形貌

3.3 试样横截面测试点位置规定

3.4 试样内部微观形貌观察

3.4.1 粉末ECAP变形微观形貌

3.4.2 多道次粉末ECAP变形微观形貌

3.4.3 粉末ECAPT变形微观形貌

3.4.4不同粉末材料ECAPT变形微观形貌

3.5 ECAPT变形不同截面组织变化情况

3.6 本章小结

第四章 粉末材料等径角挤扭性能研究

4.1 相对密度的变化

4.2 显微硬度的变化

4.3 压缩性能

4.4 压缩试样断口扫描(SEM)分析

4.5 本章小结

第五章 ECAPT变形过程SiC颗粒分布定量分析

5.1 样方法简介

5.2 样方法应用验证

5.3 样方法中颗粒分布定义

5.4 SiCp/Al基材料颗粒分布定量分析

5.5 SiCp/Al基复合材料颗粒均匀化机理

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文